KR102098843B1 - A fermentation and simulated moving bed process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발효 브로스(broth)로부터 하나 이상의 발효 생성물의 생성, 분리 및 회수를 위한 개선된 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 발효 반응의 효율을 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 발효 브로스로부터 발효 생성물들의 분리를 위한 모사 이동층(simulated moving bed)을 포함하는 발효 시스템, 및 상응하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides an improved method for the production, separation and recovery of one or more fermentation products from fermentation broth. In addition, the present invention provides a method for increasing the efficiency of the fermentation reaction. In particular, the present invention relates to a fermentation system comprising a simulated moving bed for separation of fermentation products from a fermentation broth, and a corresponding method.

Description

발효 및 모사 이동층 공정{A FERMENTATION AND SIMULATED MOVING BED PROCESS}Fermentation and simulating moving bed process {A FERMENTATION AND SIMULATED MOVING BED PROCESS}

발명의 분야Field of invention

본 발명은 일반적으로 미생물 발효에 의해 생성물, 특히 알코올을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 발효 브로스(fermentation broth)로부터 발효 생성물들의 분리를 위한 모사 이동층(simulated moving bed)을 포함한 발효 시스템, 및 상응하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to systems and methods for producing products, particularly alcohol, by microbial fermentation. In particular, the present invention relates to a fermentation system comprising a simulated moving bed for separation of fermentation products from a fermentation broth, and a corresponding method.

발명의 배경Background of invention

수송을 위한 생물연료(biofuel)는 가솔린의 매력적인 대체물이며 저 농도 배합물로서 연료 시장을 급속하게 침투하고 있다. 천연 공급원으로부터 기원한 생물원료는 화석 연료자원(예를 들면, 가솔린)으로부터 기원한 것들보다도 더 환경적으로 지속가능하며, 이들의 사용은 연료 소비의 결과로서 대기중으로 방출되는 소위 화석(fossil) 이산화탄소(CO2) 기체의 수준을 감소시킨다. 또한, 생물연료는 많은 지리적 영역들에서 현지 생성될 수 있으며 수입된 화석 에너지 자원들에 대한 의존성을 감소시키는 작용을 할 수 있다.Biofuels for transportation are attractive alternatives to gasoline and are rapidly entering the fuel market as low concentration formulations. Biomaterials derived from natural sources are more environmentally sustainable than those derived from fossil fuel sources (eg gasoline), and their use is so-called fossil carbon dioxide released into the atmosphere as a result of fuel consumption. (CO 2 ) Reduce the level of gas. In addition, biofuels can be generated locally in many geographic regions and can act to reduce dependence on imported fossil energy resources.

에탄올은 전세계에서 수소-풍부한 주요한 액체 수송 연료가 되고 있다. 에탄올의 세계적인 소비는 2012년에 272억 갤런(gallon)에 이르는 것으로 예측되었으며 연료 에탄올 산업에 대한 세계 시장은 또한 앞으로 급격하게 성장할 것으로 예측되어 왔다. 이러한 성장은 주로 유럽, 일본, 미국 및 몇몇의 개발도상국들에서 에탄올에 대한 관심이 증가하고 있는 것에 기인한다.Ethanol has become a major hydrogen-rich liquid transport fuel around the world. Global consumption of ethanol is expected to reach 27.2 billion gallons in 2012, and the global market for the fuel ethanol industry has also been predicted to grow rapidly in the future. This growth is largely due to the growing interest in ethanol in Europe, Japan, the United States and several developing countries.

예를 들어, 미국에서, 에탄올은 가솔린 중 에탄올 10% 혼합물인 E10을 생성하는데 사용된다. E10 배합물들에서, 에탄올 성분은 산소 공급제(oxygenating agent)로서 작용하여, 연소 효율을 개선시키고 공기 오염물들의 생성을 감소시킨다. 브라질에서는, 에탄올은 가솔린 속에 배합된 산소 공급제 및 이 자체로 순수한 연료 두 가지 모두에서, 약 30%의 수송 연료 요구를 만족시키고 있다. 또한, 유럽에서는, 온실 기체(Green House Gas: GHG) 방출의 결과를 둘러싼 환경적 관심이, 유럽 연합(EU)으로 하여금 각 회원국들에게 바이오매스 기원한 에탄올과 같은 지속가능한 수송 연료의 소비에 대한 법에 규정된 목표를 설정하도록 하는 자극제가 되어 왔다.In the United States, for example, ethanol is used to produce E10, a 10% mixture of ethanol in gasoline. In E10 formulations, the ethanol component acts as an oxygenating agent, improving combustion efficiency and reducing the production of air pollutants. In Brazil, ethanol satisfies about 30% of the transport fuel demand, both in the gasoline blended oxygen supply and in itself pure fuel. In addition, in Europe, environmental concerns surrounding the consequences of Green House Gas (GHG) emissions have led the EU to focus on the consumption of sustainable transport fuels such as ethanol, biomass-derived by EU members. It has been a stimulus to set the goals set out in the law.

1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올 및 2,3-부탄디올을 포함하는 부탄디올들은 자동차용 연료 부가제로서 사용될 수 있다. 이들은 또한, 잠재적으로 보다 높은 가치 및/또는 보다 높은, 다수의 다른 에너지 제품들로 비교적 용이하게 전환될 수 있다. 예를 들어, 2,3-부탄디올은 2단계 공정에서 항공 연료로서 사용될 수 있는 8-탄소 이량체로 용이하게 전환될 수 있다.Butanediols including 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol and 2,3-butanediol can be used as fuel additives for automobiles. They can also be converted relatively easily to a number of other energy products, potentially higher values and / or higher. For example, 2,3-butanediol can be easily converted to 8-carbon dimers that can be used as aviation fuel in a two-step process.

2,3-부탄디올은 이들의 이-기능성 골격(di-functional backbone), 즉, 2-하이드록실 그룹들으로부터 그 다기능성(versatility)을 유도하고, 다인접한 C-원자들에 위치하여 분자가 부타디엔, 부티디온, 아세토인, 메틸에틸 케톤 등과 같은 물질로 매우 용이하게 전환되도록 한다. 이러한 화학적 화합물들은 광범위한 산업적으로 생성된 화학물질들을 제조하기 위한 기본 분자들로서 사용된다.2,3-butanediol induces its versatility from their di-functional backbone, i.e., 2-hydroxyl groups, and is located in the multi-adjacent C-atoms so that the molecule is butadiene , Butydione, acetoin, methyl ethyl ketone, etc., to be converted very easily. These chemical compounds are used as basic molecules to prepare a wide range of industrially produced chemicals.

또한, 2,3-부탄디올은 내부 연소 엔진(internal combustion engine)에서 연료로서 사용될 수 있다. 이는 몇몇 방법들에서, 에탄올보다 가솔린과 보다 더 유사하다. 환경적으로 지속가능한 연료의 생성 및 적용에 대한 관심이 높아짐에 따라, 2,3-부탄디올(흔히 바이오-부탄올로 언급됨)을 생성하기 위한 생물학적 공정에 있어서의 관심이 증가되어 왔다.In addition, 2,3-butanediol can be used as fuel in an internal combustion engine. It is, in some ways, more like gasoline than ethanol. As interest in the creation and application of environmentally sustainable fuels has increased, interest in biological processes to produce 2,3-butanediol (commonly referred to as bio-butanol) has increased.

대부분의 연료 에탄올은 주요 탄소원으로서, 사탕수수로부터 추출된 수크로오스 또는 곡물 작물로부터 추출된 전분과 같은, 작물 기원의 탄수화물을 사용하는 전통적인 효모-계 발효 공정들을 통해 생성된다. 2,3-부탄디올은 또한 탄수화물 함유의 공급원료(feedstock)의 미생물 발효에 의해 생성될 수 있다(Syu MJ, Appl Microbiol Biotechnol 55:10-18 (2001), Qin et al., Chinese J Chem Eng 14(1):132-136 (2006)). 그러나, 이러한 탄수화물 공급 원료의 비용은 인간 식품 또는 동물 사료로서의 이들의 가치에 의해 영향을 받는 반면, 에탄올 생성을 위한 전분 또는 수크로오스-생성 작물의 재배는 모든 지역에서 경제적으로 지속가능하지 않다. 따라서, 이는 보다 낮은 비용이고/이거나 보다 풍부한 탄소 자원들을 생물연료 생성물로 전환시키는 기술을 개발하는 것에 관련된다.Most fuel ethanol is the primary carbon source, produced through traditional yeast-based fermentation processes using carbohydrates of crop origin, such as sucrose extracted from sugar cane or starch extracted from grain crops. 2,3-butanediol can also be produced by microbial fermentation of carbohydrate-containing feedstock (Syu MJ, Appl Microbiol Biotechnol 55 : 10-18 (2001), Qin et al., Chinese J Chem Eng 14 (1): 132-136 (2006)). However, the cost of these carbohydrate feedstocks is influenced by their value as human food or animal feed, while cultivation of starch or sucrose-producing crops for ethanol production is not economically sustainable in all regions. Thus, this involves developing technologies that convert lower cost and / or richer carbon resources into biofuel products.

일산화탄소(CO)는, 석탄 또는 오일 및 오일 기원의 생성물들과 같은 유기 물질들의 불완전 연소의, 자유 에너지-풍부한 주요 부산물이다. 예를 들어, 호주에서 강철 산업은 매년 500,000톤 초과의 CO를 생성하여 대기 중으로 방출하는 것으로 보고되고 있다.Carbon monoxide (CO) is a major, free-energy-rich by-product of incomplete combustion of organic materials such as coal or products of oil and oil origin. In Australia, for example, the steel industry is reported to generate over 500,000 tons of CO annually and release it into the atmosphere.

주로 CO 및/또는 CO 및 수소(H2)로 구성된 기체를 다양한 연료들 및 화학물질들로 전환시킬 수 있는, 촉매 공정들이 사용될 수 있는 것은 오랫동안 인지되어 왔다. 그러나, 미생물들 또한 이러한 기체들을 연료들 및 화학물질들로 전환시킬 수 있다. 이러한 생물학적 공정은, 일반적으로 화학 반응들보다 느리다고 하더라도, 촉매 공정들에 비해 보다 높은 특이성, 보다 높은 수율, 보다 낮은 에너지 비용 및 보다 높은 내독성을 포함하는, 수개의 장점들을 갖는다.It has long been recognized that catalytic processes can be used, which can convert a gas mainly composed of CO and / or CO and hydrogen (H 2 ) into various fuels and chemicals. However, microorganisms can also convert these gases into fuels and chemicals. This biological process, although generally slower than chemical reactions, has several advantages over catalytic processes, including higher specificity, higher yield, lower energy cost and higher toxicity.

이들의 단독 탄소원으로서 CO 상에서 자라는 미생물들의 능력은 1903년에 최초로 발견되었다. 이는 후에 자가영양 성장(이는 또한 우즈-륜갈 경로(Woods-Ljungdahl) 경로로 알려짐)의 아세틸 조효소 A(아세틸 CoA) 생화학적 경로를 사용하는 유기체들의 특성인 것으로 이후 확인되었다. 일산화탄소영양, 광합성, 메탄생성 및 초산생성 유기체들을 포함하는 다수의 혐기성 유기체들은 CO를, CO2, H2, 메탄, n-부탄올, 아세트산 및 에탄올과 같은 다양한 최종 생성물들로 대사하는 것으로 알려져 있다.The ability of microorganisms to grow on CO as their sole carbon source was first discovered in 1903. This was later confirmed to be a characteristic of organisms using the acetyl coenzyme A (acetyl CoA) biochemical pathway of autotrophic growth (also known as the Woods-Ljungdahl pathway). Many anaerobic organisms, including carbon monoxide, photosynthesis, methane-producing and acetic acid-producing organisms, contain CO, CO 2, H 2 , It is known to metabolize to various end products such as methane, n-butanol, acetic acid and ethanol.

클로스트리디움(Clostridium) 속의 것들과 같은 혐기성 박테리아는 CO, CO2 및 H2로부터 아세틸 CoA 생화학적 경로를 통해 에탄올을 생성하는 것으로 실증되어 왔다. 예를 들어, 기체들로부터 에탄올을 생성하는 클로스트리디움 륭달리이(Clostridium ljungdahlii)의 다양한 균주들은 WO 00/68407, EP 117309, 미국 특허 5,173,429, 5,593,886, 및 6,368,819, WO 98/00558 및 WO 02/08438에 기술되어 있다. 박테리아 클로스트리디움 오토에타노게눔 아종(Clostridium autoethanogenum sp)은 또한 기체들로부터 에탄올을 생성하는 것으로 알려져 있다(Abrini et al, Archives of Microbiology 161, pp 345-351 (1994)).Anaerobic bacteria, such as those of the genus Clostridium , have been demonstrated to produce ethanol from CO, CO 2 and H 2 via the acetyl CoA biochemical pathway. For example, various strains of Clostridium ljungdahlii that produce ethanol from gases are described in WO 00/68407, EP 117309, US Patents 5,173,429, 5,593,886, and 6,368,819, WO 98/00558 and WO 02/08438 It is described in. The bacterium Clostridium autoethanogenum sp is also known to produce ethanol from gases (Abrini et al, Archives of Microbiology 161, pp 345-351 (1994)).

그러나, 기체들의 발효에 의한, 미생물에 의한 생물연료 생성은 부산물로서 아세테이트 및/또는 아세트산의 동시-생성과 항상 관련되어 있다. 이러한 아세테이트/아세트산은 반응을 억제하는 잠재능을 가지며, 일반적으로 발효 브로스로부터 제거될 필요가 있다. 또한, 아세테이트/아세트산 부산물이 일부 다른 목적으로 사용될 수 있지 않다면, 이는 폐기물 처리 문제를 야기할 수 있다. 아세테이트/아세트산은 미생물들에 의해 메탄으로 전환되므로 온실기체(GHG) 방출에 기여하는 잠재능을 갖는다.However, biofuel production by microorganisms by fermentation of gases is always associated with co-generation of acetate and / or acetic acid as a by-product. This acetate / acetic acid has the potential to inhibit the reaction and generally needs to be removed from the fermentation broth. Also, if acetate / acetic acid by-products cannot be used for some other purpose, this can lead to waste disposal problems. Acetate / acetic acid is converted to methane by microorganisms, so it has the potential to contribute to greenhouse gas (GHG) emissions.

에탄올 및 2,3-부탄디올과 같은 생성물들을 생성하는 기체 기재(substrate)들의 발효는 액체 발효 브로스를 함유하는 생물 반응기에서 대표적으로 수행된다. 상기 브로스는 미생물들 및 이들의 성장을 위한 영양소들, 두 가지 모두를 함유한다. 시간이 경과함에 따라, 영양소들(기체 기재, 그 자체를 포함)은 원하는 생성물들로 전환되지만, 미생물에게 유독할 수 있는, 원하지 않은 부산물들 및 세포 잔해가 생성된다. 원하는, 및 원하지 않는 생성물들 두 가지 모두는 특히 고 농도로 존재하는 경우, 발효 효능을 억제할 수 있다.Fermentation of gaseous substrates that produce products such as ethanol and 2,3-butanediol is typically performed in a bioreactor containing liquid fermentation broth. The broth contains both microorganisms and nutrients for their growth. Over time, nutrients (including the gas base, itself) are converted to the desired products, but unwanted by-products and cellular debris that can be toxic to microorganisms are produced. Both desired and undesired products can inhibit fermentation efficacy, especially when present at high concentrations.

상기 발효 반응 억제로 야기된 반응 비효율성을 감소하고, 원하는 생성물들을 회수하기 위하여, 브로스는 연속 또는 뱃치(batch) 공정에서 생물 반응기로부터 제거되고 신선한 영양 배지(nutrient medium)로 대체된다. 상기 원하는 생성물들은 대표적으로, 상기 브로스로부터 분별 증류 및 추출 발효와 같은 표준 추출 방법을 사용하여 추출된다. 그러나, 발효 용액들로부터 유기 대사물질들을 추출하기 위한 이러한 알려진 방법들은 다수의 문제점들을 안고 있다.To reduce the reaction inefficiency caused by inhibiting the fermentation reaction and recover the desired products, the broth is removed from the bioreactor in a continuous or batch process and replaced with fresh nutrient medium. The desired products are typically extracted from the broth using standard extraction methods such as fractional distillation and extractive fermentation. However, these known methods for extracting organic metabolites from fermentation solutions have a number of problems.

용매 추출 시스템들은, 약한 유기 브로스에 적용시키는 경우, 종종 불량한 분배 비율을 보여주며, 이는 분리를 어렵게 한다. 염 포화(salt saturation)는 분배 비율을 개선시킬 수 있지만 수성 폐기물(waste aqueous)으로부터 염을 제거하는 것을 요구함으로써 추출 공정을 복잡하게 하며, 상기 염이 재사용을 위해 회수될 수 없는 경우 소비가능 비용을 현저하게 증가시킨다. 액체 압력 막들(역 삼투압 및 나노 여과 막들)은 단쇄 알코올들, 디올들, 및 유기산들에 대해, 충분히 높은 거부 를 보이지 않는다. 소수성 또는 친수성 막들, 두 가지 증 어느 것도 분자량 컷-오프(cut-off)들이 명백한 분리를 보여주기에 충분히 촘촘(tight)하게 제작될 수 없으며, 두 가지 막 유형들 모두 발효 브로스들에서 엄격한 예비-여과를 필요로 하는, 발효 브로스내 심각한 미립자 오염(particulate fouling)을 나타낸다.Solvent extraction systems, when applied to a weak organic broth, often show poor distribution ratios, which makes separation difficult. Salt saturation can improve the distribution ratio, but complicates the extraction process by requiring the removal of salt from waste aqueous and reduces the cost of consumption if the salt cannot be recovered for reuse. Significantly increase. Liquid pressure membranes (reverse osmosis and nanofiltration membranes) do not show sufficiently high rejection for short chain alcohols, diols, and organic acids. Neither hydrophobic or hydrophilic membranes, either of which can be made tight enough for molecular weight cut-offs to show a clear separation, and both membrane types are strict pre-in fermentation broths. It shows severe particulate fouling in the fermentation broth, which requires filtration.

증류는 현재 연속, 고 순도 유기물 회수를 위한 주요 방법이다. 그러나, 증류는 물보다 더 낮은 비등점을 지니며 양호하지 않은 공비혼합물들이 없는 유기 생성물들과 함께 사용되는 것으로 제한된다. 증류에 의해 수용액으로부터 2,3-부탄디올의 분리는 2,3-부탄디올의 고 비등점(180 내지 184℃) 및 물의 고 친화성으로 인하여 비용이 많이 들고 어렵다. 발효 브로스로부터의 에탄올의 증류는, 증류에 의해 해결될 수 없고 효율적으로 분리하기 위한 추가의 단계들 및 기술을 필요로하는 에탄올과 물의 공비혼합물(즉, 95% 에탄올 및 5% 물)을 산출한다.Distillation is currently the main method for continuous, high purity organics recovery. However, distillation is limited to being used with organic products that have a lower boiling point than water and lack of unfavorable azeotropes. Separation of 2,3-butanediol from aqueous solution by distillation is expensive and difficult due to the high boiling point of 2,3-butanediol (180 to 184 ° C) and high affinity of water. Distillation of ethanol from the fermentation broth yields an azeotrope of ethanol and water (ie, 95% ethanol and 5% water) that cannot be resolved by distillation and requires additional steps and techniques for efficient separation. .

아세트산은 전형적으로 상기 브로스를 여과하여 현탁된 유기 물질을 제거한 다음, 상기 브로스를 활성탄 칼럼에 통과시켜 아세테이트를 흡착시킴으로써 제거된다. 상기 공정은, 상기 발효 브로스의 pH가 활성탄 칼럼을 통해 전달되기 전에 약 3 미만으로 감소되어, 대부분의 아세테이트를 아세트산 형태로 전환시키는 것을 요구한다. 이러한 제거 방법은, 추가적인 단계들 및 브로스에 pH 변경 화학물질들의 부가를 요구하므로, 바람직하지 않다.Acetic acid is typically removed by filtering the broth to remove suspended organic material, then passing the broth through an activated carbon column to adsorb acetate. The process requires that the pH of the fermentation broth is reduced to less than about 3 before being transferred through the activated carbon column, converting most of the acetate to acetic acid form. This method of removal is undesirable, as it requires additional steps and addition of pH modifying chemicals to the broth.

생성물 회수의 알려진 방법들은 2,3-부탄디올 및 아세트산을 포함하는 발효 시스템들을 통해 제조될 수 있는 유기 생성물들의 주요 부류들을 회수하는데 적절하지 않다(또는 비용 및/또는 에너지 소비 및/또는 회수된 생성물의 비율 측면에서 비효율적이다). 따라서, 회수는 미생물 발효를 사용하는 생물연료의 상업적으로 실용적인 생성을 위한 병목 구간(bottle-neck)이며, 회수를 보다 효율적이고 비용-효과적인 방식으로 개선시키기 위한 신규 기술들이 요구되고 있다.Known methods of product recovery are not suitable for recovering major classes of organic products that can be produced through fermentation systems comprising 2,3-butanediol and acetic acid (or cost and / or energy consumption and / or recovery of recovered product). Inefficient in terms of proportions). Thus, recovery is a bottle-neck for commercially viable production of biofuels using microbial fermentation, and new techniques are needed to improve recovery in a more efficient and cost-effective manner.

본 발명의 목적은 선행 기술의 단점들 중 적어도 하나를 극복하거나 개선하는 공정 및 발효 시스템을 제공하거나, 적어도 유용한 선택으로 공공에 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a process and fermentation system that overcomes or ameliorates at least one of the disadvantages of the prior art, or at least provides it to the public as a useful option.

발명의 요약Summary of the invention

본 발명은 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물의 분리 효율을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 분리하기 위한 방법을 제공하며, 여기서 분리를 위한 에너지 요구도는 알려진 방법들과 비교하여 실질적으로 감소된다.The present invention relates to a method for improving the separation efficiency of one or more fermentation products from a fermentation broth. The present invention provides a method for separating one or more fermentation products from a fermentation broth, where the energy requirement for separation is substantially reduced compared to known methods.

본 발명은 하나 이상의 발효 생성물을 포함하는 발효 스트림(stream)으로부터 물을 제거하기 위한 개선된 시스템을 제공함으로써 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 분리하는 개선된 방법을 제공한다.The present invention provides an improved method of separating one or more fermentation products from a fermentation broth by providing an improved system for removing water from a fermentation stream comprising one or more fermentation products.

제1 양태에서, 본 발명은 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 분리하는 방법을 제공하며, 상기 방법은In a first aspect, the present invention provides a method for separating one or more fermentation products from a fermentation broth, the method comprising

a) 하나 이상의 미생물의 배양물을 함유하는 생물 반응기에서 기체 기재를 발효시켜 하나 이상의 발효 생성물을 포함하는 발효 브로스를 생성하는 단계;a) fermenting a gaseous substrate in a bioreactor containing a culture of one or more microorganisms to produce a fermentation broth comprising one or more fermentation products;

b) 상기 발효 브로스를, 처리된 브로스 스트림을 생성하는 조건들에서 운행된 처리 영역을 통해 전달하는 단계로서, 상기 처리된 스트림은 실질적으로 바이오매스가 없는 단계;b) delivering the fermentation broth through a treatment zone run at conditions to produce a treated broth stream, the treated stream being substantially free of biomass;

c) 상기 처리된 브로스 스트림의 적어도 일부를 흡착제를 포함하는 모사 이동층(SMB) 모듈에 제공하는 단계;c) providing at least a portion of the treated broth stream to a simulated moving bed (SMB) module comprising an adsorbent;

d) 상기 하나 이상의 발효 생성물을 상기 흡착제 상에 흡착시키고, 브로스의 흡착되지 않은 성분들을 함유하는 라피네이트(raffinate)를 산출하는 단계; 및d) adsorbing the at least one fermentation product onto the adsorbent and calculating a raffinate containing unadsorbed components of the broth; And

e) 흡착제로부터 하나 이상의 생성물을 탈착시켜 생성물 스트림을 산출하는 단계를 포함한다.e) desorbing one or more products from the adsorbent to produce a product stream.

상기 제1 양태의 일 구현예에서, 처리 영역은 적어도 하나의 열(heat) 처리 영역을 포함한다. 상기 제1 양태의 일 구현예에서, 상기 처리 영역은 열 처리 영역 및 여과 영역을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 처리 영역은 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스의 적어도 일부를 제거한다. 일 구현예에서, 상기 처리 영역은 상기 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인, 실질적으로 모든 바이오매스를 제거한다. 본 발명의 특정 양태들에서, 상기 처리된 브로스 스트림은 실질적으로 바이오매스를 함유하지 않는다. 특정 구현예들에서, 상기 처리된 브로스 스트림은 미량의 바이오매스를 함유한다.In one embodiment of the first aspect, the treatment region comprises at least one heat treatment region. In one embodiment of the first aspect, the treatment region includes a heat treatment region and a filtration region. In one embodiment, the treatment zone removes at least a portion of the suspended and / or soluble biomass from the fermentation broth. In one embodiment, the treatment zone removes substantially all biomass suspended and / or soluble from the fermentation broth. In certain aspects of the invention, the treated broth stream is substantially free of biomass. In certain embodiments, the treated broth stream contains trace biomass.

상기 제1 양태의 일 구현예에서, 상기 방법은 라피네이트를 상기 생물 반응기로 재순환(recycle)시키는 단계를 포함한다.In one embodiment of the first aspect, the method includes recycling raffinate to the bioreactor.

상기 제1 양태의 추가 구현예에서, 상기 생성물들은, 상기 흡착제를 용매로 플러싱(flushing)함으로써 단계 (e)에서 탈착되어 생성물-용매 용액을 산출한다. 바람직하게는, 상기 생성물-용매 용액은 실질적으로 상기 발효 브로스로부터 수반된 염들을 함유하지 않는다. 바람직하게는, 상기 생성물-용매 용액 중 물의 농도는 5 용적% 미만, 또는 3 용적% 미만, 또는 1 용적% 미만이다. 일 구현예에서, 상기 생성물-용매 용액 중 실질적으로 물이 없다.In a further embodiment of the first aspect, the products are desorbed in step (e) by flushing the adsorbent with a solvent to yield a product-solvent solution. Preferably, the product-solvent solution is substantially free of salts from the fermentation broth. Preferably, the concentration of water in the product-solvent solution is less than 5% by volume, or less than 3% by volume, or less than 1% by volume. In one embodiment, the product-solvent solution is substantially free of water.

바람직하게는, 상기 생성물들은 산들 및/또는 알코올들을 포함한다. 특정 구현예들에서, 상기 용매는 알코올이다. 일 구현예에 따라서, 상기 생성물은 에탄올, 아세트산, 2,3-부탄디올, 부탄올, 이소-프로판올 및 아세톤을 포함하는 그룹 중에서 선택된다. 일 양태에서, 상기 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 메틸 t-부틸 에테르를 포함하는 그룹 중에서 선택된다. 바람직한 구현예에서, 상기 하나 이상의 생성물은 에탄올, 2,3-부탄디올 및 아세트산을 포함하는 그룹 중에서 선택되며, 상기 용매는 에탄올이다.Preferably, the products include acids and / or alcohols. In certain embodiments, the solvent is alcohol. According to one embodiment, the product is selected from the group comprising ethanol, acetic acid, 2,3-butanediol, butanol, iso-propanol and acetone. In one aspect, the solvent is selected from the group comprising ethanol, methanol, propanol and methyl t-butyl ether. In a preferred embodiment, the one or more products are selected from the group comprising ethanol, 2,3-butanediol and acetic acid, and the solvent is ethanol.

일 구현예에서, 상기 흡착 단계에 사용된 상기 용매는 사전에 추출된 발효 공정의 생성물이다. 발효 공정의 생성물로 탈착하는 것은, 추가적인 분리가 다른 하나로부터 발효의 상이한 생성물을 분리하는데 요구될 수 있다고 해도, 추가의 요구된 분리 단계를 추가하지 않고 생성물을 산출함을 의미함이 인식될 것이며, 여기서 하나 이상의 생성물이 생성된다.In one embodiment, the solvent used in the adsorption step is a product of a pre-extracted fermentation process. It will be appreciated that desorption with the product of the fermentation process means that the product is produced without adding additional required separation steps, although additional separation may be required to separate different products of fermentation from the other, One or more products are produced here.

특수한 구현예에서, 기체 기재는 단계 (a)에서 생물 반응기에서 발효되어 에탄올 및 2,3-부탄디올을 포함하는 발효 브로스를 생성한다. 발효 브로스는 처리 영역으로 전달되며, 여기서 바이오매스 및/또는 용해성 단백질의 적어도 일부는 상기 발효 브로스로부터 제거되어 처리된 스트림을 제공한다. 특수한 구현예에서, 처리된 스트림은 SMB로 유동되며, 여기서 상기 에탄올 및 2,3-부탄디올 중 적어도 일부는 상기 처리된 스트림으로부터 흡수(absorb)되어 라피네이트 스트림을 생성한다. 용매는 흡착기(adsorber)를 통하여 전달되어, 상기 에탄올 및 2,3-부탄디올을 탈착하여 추출 스트림을 제공한다. 추가 구현예에서, 상기 추출 스트림은 에탄올 스트림 및 2,3-부탄디올 스트림을 제공하기 위한 조건들 하에서 운행된 회수 영역을 통하여 전달된다. 특수한 구현예에서, 상기 라피네이트 스트림의 적어도 일부는 생물 반응기로 다시 전달된다.In a particular embodiment, the gaseous substrate is fermented in a bioreactor in step (a) to produce a fermentation broth comprising ethanol and 2,3-butanediol. The fermentation broth is delivered to the treatment area, where at least a portion of the biomass and / or soluble protein is removed from the fermentation broth to provide a treated stream. In a particular embodiment, the treated stream is flowed to SMB, where at least some of the ethanol and 2,3-butanediol is absorbed from the treated stream to produce a raffinate stream. The solvent is delivered through an adsorber to desorb the ethanol and 2,3-butanediol to provide an extraction stream. In a further embodiment, the extraction stream is delivered through a recovery zone operated under conditions to provide an ethanol stream and a 2,3-butanediol stream. In particular embodiments, at least a portion of the raffinate stream is passed back to the bioreactor.

제2의 양태에서, 본 발명은 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 생성 및 회수하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,In a second aspect, the present invention provides a method for producing and recovering one or more fermentation products from a fermentation broth, the method comprising:

a) 하나 이상의 미생물의 배양물을 함유하는 생물 반응기에서 기체 기재를 발효시켜 하나 이상의 발효 생성물을 포함하는 발효 브로스를 생성하는 단계;a) fermenting a gaseous substrate in a bioreactor containing a culture of one or more microorganisms to produce a fermentation broth comprising one or more fermentation products;

b) 상기 발효 브로스를 처리된 브로스 스트림을 생성하기 위한 조건들 하에서 운행된 처리 영역에 전달하는 단계로서, 상기 처리된 브로스 스트림은 바이오매스를 실질적으로 함유하지 않는 단계;b) delivering the fermentation broth to a treatment zone operated under conditions for producing a treated broth stream, wherein the treated broth stream is substantially free of biomass;

c) 상기 처리된 브로스 스트림의 적어도 일부를 흡착제를 포함하는 모사 이동층(SMB) 모듈에 제공하는 단계;c) providing at least a portion of the treated broth stream to a simulated moving bed (SMB) module comprising an adsorbent;

d) 상기 하나 이상의 발효 생성물을 상기 흡착제 상에 흡착시켜 상기 브로스의 흡착되지 않은 성분들을 함유하는 라피네이트를 산출하는 단계;d) adsorbing the at least one fermentation product onto the adsorbent to yield a raffinate containing the unadsorbed components of the broth;

e) 상기 하나 이상의 생성물을 상기 흡착제로부터 탈착하여 생성물 스트림을 산출하는 단계; 및e) desorbing the one or more products from the adsorbent to yield a product stream; And

f) 상기 라피네이트의 적어도 일부를 상기 생물 반응기로 재순환시키는 단계를 포함한다.f) recycling at least a portion of the raffinate to the bioreactor.

본 발명의 일 구현예에서, 단계 (b)의 처리 영역은 발효 브로스로부터 바이오매스 및/또는 용해성 단백질의 적어도 일부를 제거하여 바이오매스를 실질적으로 함유하지 않는 처리된 브로스 스트림을 제공한다. 일 구현예에서, 바이오매스 및/또는 용해성 단백질의 적어도 일부는 상기 생물 반응기로 되돌아 간다.In one embodiment of the invention, the treatment region of step (b) removes at least a portion of the biomass and / or soluble protein from the fermentation broth to provide a treated broth stream that is substantially free of biomass. In one embodiment, at least a portion of the biomass and / or soluble protein is returned to the bioreactor.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 발효 브로스의 적어도 일부는 생물 반응기를 빠져나가면서 여과 단계를 통하여 전달되며, 이로써 투과 스트림(permeate stream)을 생성한다. 특정 구현예들에서, 상기 투과 스트림 및 처리된 브로스 스트림은 상기 SMB 모듈에 전달되기 전에 결합된다.In one embodiment of the present invention, at least a portion of the fermentation broth is passed through a filtration step while exiting the bioreactor, thereby producing a permeate stream. In certain implementations, the permeate stream and processed broth stream are combined before being delivered to the SMB module.

일 구현예에서, 상기 라피네이트는 상기 생물 반응기로 되돌아가서 액체 영양 배지의 일부를 구성한다. 특정 구현예들에서, 상기 라피네이트는 상기 생물 반응기로 되돌아가기 전에 배지 제조 단계(media preparation step)를 거친다. 특정 구현예들에서, 상기 배지 제조 단계는 상기 라피네이트 스트림에 하나 이상의 영양소을 부가함을 포함한다.In one embodiment, the raffinate returns to the bioreactor to form part of the liquid nutrient medium. In certain embodiments, the raffinate undergoes a media preparation step before returning to the bioreactor. In certain embodiments, the step of preparing the medium comprises adding one or more nutrients to the raffinate stream.

특정 구현예들에서, 상기 라피네이트는 생성물들을 실질적으로 함유하지 않는다. 바람직한 구현예들에서, 상기 라피네이트는 적어도 80%의 H2O, 또는 적어도 85%의 H2O, 또는 적어도 90%의 H2O, 또는 적어도 95%의 H2O를 포함한다. 특정 구현예들에서, 상기 라피네이트는 상기 흡착제로부터 상기 하나 이상의 생성물을 탈착하는데 사용된 미량의 용매를 포함한다.In certain embodiments, the raffinate is substantially free of products. In preferred embodiments, the raffinate comprises at least 80% H 2 O, or at least 85% H 2 O, or at least 90% H 2 O, or at least 95% H 2 O. In certain embodiments, the raffinate comprises a trace amount of solvent used to desorb the one or more products from the adsorbent.

제3 양태에서, 하나 이상의 산을 생성하고 회수하는 방법을 제공되며, 상기 방법은,In a third aspect, a method of producing and recovering one or more acids is provided, the method comprising:

a) 액체 영양 브로스에서 배양물 또는 하나 이상의 미생물을 함유하는 생물 반응기에 기체 물질을 유동시키는 단계;a) flowing a gaseous material from the liquid nutrient broth into a culture or bioreactor containing one or more microorganisms;

b) 상기 기체 기재를 발효시켜 하나 이상의 산(들)을 포함하는 발효 브로스를 생성하는 단계;b) fermenting the gaseous substrate to produce a fermentation broth comprising one or more acid (s);

c) 상기 발효 브로스를 처리 영역에 전달하는 단계로서, 여기서 바이오매스 및/또는 용해성 단백질 중의 적어도 일부가 상기 발효 브로스로부터 제거되어 처리된 브로스 스트림을 제공하는 단계;c) delivering the fermentation broth to a treatment region, wherein at least a portion of the biomass and / or soluble protein is removed from the fermentation broth to provide a treated broth stream;

d) 상기 처리된 브로스 스트림을 흡착제를 포함하는 모사 이동층 모듈에 유동시키는 단계;d) flowing the treated broth stream to a simulated moving bed module comprising an adsorbent;

e) 상기 처리된 브로스 스트림으로부터 하나 이상의 산의 적어도 일부를 흡착제에 흡착시켜 라피네이트 스트림을 생성시키는 단계;e) adsorbing at least a portion of one or more acids from the treated broth stream to an adsorbent to produce a raffinate stream;

f) 용매를 흡착제를 통하여 전달하여 상기 하나 이상의 산을 탈착시키는 단계; 및f) desorbing the at least one acid by delivering a solvent through an adsorbent; And

g) 상기 라피네이트 스트림의 적어도 일부를 상기 생물 반응기에 전달하는 단계를 포함한다.g) delivering at least a portion of the raffinate stream to the bioreactor.

상기 제3 양태의 일 구현예에서, 상기 흡착된 산은 락트산 및/또는 아세트산이며, 상기 산의 제거는 상기 브로스 배양물의 억제 및/또는 붕괴를 방지한다. 특수한 구현예에서, 상기 흡착된 락트산 및/또는 아세트산은 상기 흡수제(absorbent)로부터 탈착되어 추출 스트림을 통해 상기 SMB를 빠져나간다. 따라서, 상기 브로스의 pH는 상기 추출 스트림을 통한, 상기 락트산 및/또는 아세트산의 제거를 통해 조절된다. 일 구현예에서, 생물 반응기로부터 산의 제거는 하나 이상의 미생물의 배양의 억제를 방지한다.In one embodiment of the third aspect, the adsorbed acid is lactic acid and / or acetic acid, and removal of the acid prevents inhibition and / or collapse of the broth culture. In a particular embodiment, the adsorbed lactic acid and / or acetic acid is desorbed from the absorbent and exits the SMB through an extraction stream. Thus, the pH of the broth is adjusted through the extraction stream, through removal of the lactic acid and / or acetic acid. In one embodiment, removal of the acid from the bioreactor prevents inhibition of the culture of one or more microorganisms.

일 구현예에서, 하나 이상의 산(들)은 용매에 의해 단계 (f)에서 탈착된다. 일 구현예에 따라서, 탈착에 사용된 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 메틸 t-부틸 에테르이다. 추가 구현예에서, 탈착에 사용된 용매는 사전에 추출된 발효 공정에 의해 생성된 용매이다.In one embodiment, one or more acid (s) is desorbed in step (f) with a solvent. According to one embodiment, the solvents used for desorption are ethanol, methanol, propanol and methyl t-butyl ether. In a further embodiment, the solvent used for desorption is a solvent produced by a pre-extracted fermentation process.

상기 제3 양태의 대체 구현예에서, 상기 처리된 브로스 스트림 중 산의 적어도 일부는 상기 SMB 모듈로 제공되기 전에 이의 상응하는 염으로 전환된다. 일 구현예에서, 상기 처리된 브로스 스트림의 산은 나트륨 히드록시드를 사용하여 나트륨 아세테이트로 전환되는 아세트산이다. 상기 전환된 나트륨 아세테이트는 상기 처리된 브로스 스트림과 함께 상기 SMB 모듈에 제공되며, 여기서 상기 나트륨 아세테이트는 상기 라피네이트와 함께 상기 SMB 모듈을 빠져나가 상기 생물 반응기로 다시 재순환된다.In an alternative embodiment of the third aspect, at least a portion of the acid in the treated broth stream is converted to its corresponding salt before being provided to the SMB module. In one embodiment, the acid of the treated broth stream is acetic acid which is converted to sodium acetate using sodium hydroxide. The converted sodium acetate is provided to the SMB module along with the treated broth stream, where the sodium acetate exits the SMB module together with the raffinate and is recycled back to the bioreactor.

일 구현예에서, 단계 (c)에서 발효 브로스로부터 제거된 바이오매스 및/또는 용해성 단백질은 생물 반응기로 재순환된다.In one embodiment, the biomass and / or soluble protein removed from the fermentation broth in step (c) is recycled to the bioreactor.

상기 제3 양태의 일 구현예에서, 하나 이상의 산은 상기 공정에 의해 제거되며, 이로써 상기 생물 반응기의 pH는 바람직한 범위내에서 유지된다. 미생물 성장 및 대사산물 생성은 생물 반응기 내 pH를 바람직한 범위내로 유지시킴으로써 최적화될 수 있다. 특수한 구현예에서, 상기 바람직한 범위는 최적 운행 pH(optimum operating pH)의 ±0.5 단위이다. 전형적으로, 아세트산 발효에서, pH는 6 내지 8, 또는 6.5 내지 7.5, 또는 6.7 내지 7.4, 또는 6.8 내지 7.3, 또는 6.9 내지 7.1, 또는 실질적으로 7.0이다. 발효시 본 발명의 제1 및 제2 양태들에 따라서, pH는 4.5 내지 6; 또는 4.61 내지 5.9로; 또는 4.7 내지 5.8; 또는 4.8 내지 5.5에서 유지된다. 일 구현예에서, pH는 실질적으로 pH 4.8, 또는 pH 5.0, 또는 pH 5.5에서 유지된다.In one embodiment of the third aspect, one or more acids are removed by the process, whereby the pH of the bioreactor is maintained within a desired range. Microbial growth and metabolite production can be optimized by maintaining the pH in the bioreactor within a desired range. In a particular embodiment, the preferred range is ± 0.5 units of the optimum operating pH. Typically, in acetic acid fermentation, the pH is 6 to 8, or 6.5 to 7.5, or 6.7 to 7.4, or 6.8 to 7.3, or 6.9 to 7.1, or substantially 7.0. According to the first and second aspects of the invention upon fermentation, the pH is between 4.5 and 6; Alternatively 4.61 to 5.9; Alternatively 4.7 to 5.8; Or 4.8 to 5.5. In one embodiment, the pH is substantially maintained at pH 4.8, or pH 5.0, or pH 5.5.

상기 제3 양태의 특정 구현예들에서, 주요 발효 생성물은 아세트산이다. 특정 구현예들에서, 반응기에 제공된 기체 기재는 CO, CO, 및 H2, CO2, 및 H2, CO2, CO 및 H2, 또는 이의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택된다. 상기 제3 양태의 일 구현예에서, 하나 이상의 미생물은 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 클로스트리디움 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리디움 륭달리이(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리디움 라그스달레이(Clostridium ragsdalei), 클로스트리디움 코스카티이(Clostridium coskatii) 또는 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.In certain embodiments of the third aspect, the main fermentation product is acetic acid. In certain embodiments, the gas base provided to the reactor is selected from the group consisting of CO, CO, and H 2 , CO 2, and H 2 , CO 2 , CO and H 2 , or mixtures thereof. In one embodiment of the third aspect, at least one microorganism acetonitrile tumefaciens woodiyi (Acetobacterium woodii), Clostridium Gaetano genum (Clostridium autoethanogenum) Otto, Clostridium buckling unlike (Clostridium ljungdahlii), Clostridium ln seudal Ray ( Clostridium ragsdalei ), Clostridium coskatii , or mixtures thereof.

상기 제3 양태의 단계 (a)는 알코올과 같은 다른 생성물을 생성할 수 있다. 특수한 구현예에서, 하나 이상의 추가의 발효 생성물은 단계 (e)에서 흡착된다. 일 구현예에 따라서, 추가의 생성물은 에탄올, 2,3-부탄디올, 부탄올, 및 이소-프로판올을 포함하는 그룹 중에서 선택된다.Step (a) of the third aspect can produce other products such as alcohol. In a particular embodiment, one or more additional fermentation products are adsorbed in step (e). According to one embodiment, the additional product is selected from the group comprising ethanol, 2,3-butanediol, butanol, and iso-propanol.

상기 양태들 중 임의의 특수한 구현예에서, 처리 단계는 적어도 여과 단계를 포함하며, 여기서 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스의 적어도 일부는 이것이 SMB 모듈로 전달되기 전에 발효 브로스로부터 제거된다. 여과(filtration)는 결과로, 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스의 제거를 초래한다. 특정 구현예들에서, 여과는 결과로, 실질적으로 바이오매스가 없는 처리된 브로스 스트림을 초래한다. 여과는 막(membrane)을 통하여 브로스를 전달시키는 경로로 이루어질 수 있다. 일 구현예에서, 응집(flocculation)은 여과 전에 응결제를 부가함으로써 유도될 수 있다.In any particular embodiment of the above aspects, the treatment step includes at least a filtration step, where at least a portion of the suspended and / or soluble biomass is removed from the fermentation broth before it is delivered to the SMB module. Filtration results in the removal of suspended and / or soluble biomass from the fermentation broth. In certain embodiments, filtration results in a treated broth stream that is substantially free of biomass. Filtration may consist of a route that delivers the broth through a membrane. In one embodiment, flocculation can be induced by adding a flocculant prior to filtration.

특정 구현예들에서, 처리 단계는 적어도 하나의 열(heat) 처리 단계를 추가로 포함한다. 브로스 스트림으로부터 바이오매스의 제거를 위한 다른 방법들이 처리 단계에서 또한 사용될 수 있다는 것은 숙련가에게 인식될 수 있다.In certain implementations, the processing step further comprises at least one heat processing step. It will be appreciated by those skilled in the art that other methods for the removal of biomass from the broth stream can also be used in the treatment step.

상기 제1 양태의 방법의 수행은 상기 제2 양태의 방법의 수행을 초래할 수 있으며, 이의 역 진행 또한 가능하다.Performing the method of the first aspect may result in performing the method of the second aspect, and vice versa.

추가의 양태에서, 본 발명은 발효 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 적어도, In a further aspect, the present invention provides a fermentation system, the system comprising at least

a) 기체 기재로부터 하나 이상의 발효 생성물을 생성할 수 있는 하나 이상의 미생물의 배양물을 함유하는 발효 브로스를 함유하는 생물 반응기;a) a bioreactor containing a fermentation broth containing a culture of one or more microorganisms capable of producing one or more fermentation products from a gaseous substrate;

b) 상기 발효 브로스의 일 부분과 함께 제공되도록 조정된 모사 이동층(SMB) 모듈;b) a simulated moving bed (SMB) module adapted to be provided with a portion of the fermentation broth;

c) 상기 발효 브로스의 일 부분으로부터 하나 이상의 발효 생성물을 흡착하도록 조정된 상기 SMB 모듈 내 흡착제를 포함한다.c) an adsorbent in the SMB module adapted to adsorb one or more fermentation products from a portion of the fermentation broth.

일 구현예에서, 상기 시스템은, 브로스가 SMB 모듈에 의해 수용되기 전에 발효 브로스의 일부로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스를 제거하도록 조정된 처리 모듈을 추가로 포함한다. 상기 처리 모듈은 적어도 하나의 여과 모듈을 포함한다. 특정 구현예들에서, 상기 처리 모듈은 열 처리 모듈 및 여과 모듈을 포함한다. 앞서 나타낸 바와 같이, 상기 SMB 모듈은 생물 반응기 내에 또는 이의 일부로서 또는 이와는 별개로 제공될 수 있지만, 상기 브로스의 일부를 수용하기 위하여 이와 유체 연통(fluid communication)할 수도 있다.In one embodiment, the system further comprises a treatment module adapted to remove suspended and / or soluble biomass from a portion of the fermentation broth before the broth is received by the SMB module. The processing module includes at least one filtration module. In certain implementations, the treatment module includes a heat treatment module and a filtration module. As indicated above, the SMB module may be provided in or as part of a bioreactor or separately, but may also be in fluid communication with it to accommodate a portion of the broth.

일 구현예에서, 상기 시스템은 제거된 바이오매스/용해성 단백질을 생물 반응기로 다시 전달하는 수단을 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 상기 시스템은 SMB 모듈을 빠져나간 라피네이트 스트림을 생물 반응기로 다시 전달하기 위한 수단을 포함한다. In one embodiment, the system further comprises means for delivering the removed biomass / soluble protein back to the bioreactor. In one embodiment, the system includes means for delivering the raffinate stream exiting the SMB module back to the bioreactor.

상기 제3 양태의 특수한 구현예들에서, 생물 반응기는 기체 기재의 발효를 위해 구성되어 산(들) 및/또는 알코올(들)을 포함하는 생성물들을 생성한다. 특수한 구현예에서, 상기 기체 기재는 CO를 포함하며, 임의로 H2를 포함한다. 대체 구현예에서, 상기 기체 기재는 CO2 및 H2를 포함한다. In particular embodiments of the third aspect, the bioreactor is configured for gas-based fermentation to produce products comprising acid (s) and / or alcohol (s). In a particular embodiment, the gaseous substrate comprises CO, and optionally H 2 . In an alternative embodiment, the gaseous substrate comprises CO 2 and H 2 .

상기 제3 양태의 특수한 구현예들에서, 상기 시스템은 조절 수단 및 가공 수단을 포함하며, 이는 배지 공급 속도, 액체 보유 시간 및 기재 공급 속도를 포함하는 파라미터들이 당해 분야에 알려진 방법에 따라, 예컨대 본 기재내용 및 본원에 참조로 완전히 혼입된 WO2010/093262에 기술된 방법과 같이, 조절될 수 있도록 한다.In particular embodiments of the third aspect, the system comprises an adjusting means and a processing means, wherein parameters including the medium feed rate, the liquid retention time and the substrate feed rate are according to methods known in the art, such as the present invention. Can be controlled, such as the method described in WO2010 / 093262, which is fully incorporated by reference and herein by reference.

상기 양태들 중 임의의 특수한 구현예에서, 상기 방법은 SMB 모듈에서 생성물 제거 전 또는 후에 생물 반응기 또는 라피네이트로부터 각각 제거된 발효 브로스의 처리를 추가로 포함한다. 특수한 구현예에서, 상기 처리는 영양 배지를 생물 반응기로 회수하기 전에 이를 보충하기 위해 라피네이트에 부가되는 추가의 성분 또는 영양소(예컨대 비타민 B)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 라피네이트의 pH는, 상기 생물 반응기로 회수되어 생물 반응기 내의 브로스의 pH를 조절하기 전에 조정될 수 있다.In any particular embodiment of the above aspects, the method further comprises treatment of the fermentation broth each removed from the bioreactor or raffinate before or after product removal in the SMB module. In particular embodiments, the treatment may consist of additional components or nutrients (such as vitamin B) added to the raffinate to supplement the nutrient medium prior to recovery to the bioreactor. In addition, the pH of the raffinate can be adjusted prior to recovery to the bioreactor and adjusting the pH of the broth in the bioreactor.

상기 양태들 중 임의의 특수한 구현예에서, 흡착제는 불소화된 탄소 흡착제이다. 대안적인 구현예에서, 상기 흡착제는 활성탄 흡착제이다. 다른 구현예들에서, 상기 흡착제는 C18 표면 변형된 실리카 겔이다.In any particular embodiment of the above aspects, the adsorbent is a fluorinated carbon adsorbent. In an alternative embodiment, the adsorbent is an activated carbon adsorbent. In other embodiments, the adsorbent is a C18 surface modified silica gel.

상기 언급된 흡착제들은 적절한 흡착제들의 예시들이며, 완전한(exhaustive) 목록으로 의도되지 않는다. 숙련가는 본원에 정의된 SMB 공정에서 사용하기 위한 적합한 선택성 및 소수성을 가진 어떠한 흡착제 물질도 사용할 수 있음을 이해할 수 있다.The adsorbents mentioned above are examples of suitable adsorbents and are not intended to be an exhaustive list. The skilled artisan will appreciate that any adsorbent material with suitable selectivity and hydrophobicity for use in the SMB process defined herein can be used.

SMB가 생물 반응기로부터 분리되면서도 이와 유체 연통하는 것이 바람직하다고 여겨지기는 하지만, 상기 SMB는 생물 반응기 내에서 제공될 수 있다. SMB가 상기 생물 반응기 속에 포함되는 경우에, 바람직하게는, 상기 SMB는 브로스 내에서 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스으로부터 분리되어 유지된다. 예를 들어, 상기 브로스의 일 부분은 막에 의해 그 나머지로부터 분리되어 상기 SMB가 발효 생성물들과 연통하지만 SMB의 수행능에 영향을 미칠 수 있는 현탁되거나 용해성인 바이오매스과 연통하지 않도록 할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 상기 SMB의 공급물(feed)은 동일한 말단까지 여과기와 함께 제공될 수 있다. 이는 본 발명의 모든 양태들에 적용된다.Although it is believed that it is desirable for SMB to be in fluid communication with it while being separated from the bioreactor, the SMB can be provided in the bioreactor. When SMB is included in the bioreactor, preferably, the SMB is suspended in the broth and / or kept separate from soluble biomass. For example, a portion of the broth can be separated from the rest by a membrane so that the SMB communicates with the fermentation products but not with suspended or soluble biomass that can affect the performance of the SMB. Additionally or alternatively, the feed of the SMB can be provided with the filter to the same end. This applies to all aspects of the invention.

놀랍게도, SMB 공정은 희석된 농도의 유기 생성물을 포함하는 처리된 브로스 스트림 및/또는 발효 브로스로부터 목적한 생성물을 분리하는데 유리하다. 본 발명의 일 구현예에서, 발효 브로스 및 처리된 브로스 스트림내 에탄올 및/또는 2,3-부탄디올의 농도는 수중 30 중량% 이하, 또는 수중 15 중량% 미만이다. 일 구현예에서, 발효 브로스 또는 처리된 스트림은 수중에서 2 내지 10 중량%의 에탄올/2,3-부탄디올을 함유하며, 여기서 에탄올 대 2,3-부탄디올은 5;1 내지 1;1의 비율로 존재한다. 바람직한 구현예에서, 상기 발효 브로스 또는 처리된 스트림은 수중에서 6 중량%의 에탄올/2,3-부탄디올을 함유하며, 여기서 에탄올 대 2,3-부탄디올은 1:1의 비율로 존재한다. 또한, 놀랍게도 2 중량% 미만인 2,3-부탄디올 농도가 상기 SMB 공정을 사용하여 분리될 수 있음이 밝혀졌다. 특수한 구현예에서, 흡착제는 브로스로부터의 발효 생성물의 적어도 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 약 99% 또는 실질적으로 100%를 흡착한다. 일 구현예에서, 흡착제는 브로스로부터 발효 생성물의 50 내지 100%, 또는 60 내지 95%, 또는 70 내지 90%, 또는 70 내지 100%를 흡착한다.Surprisingly, the SMB process is advantageous for separating the desired product from the treated broth stream and / or fermentation broth comprising a diluted concentration of organic product. In one embodiment of the present invention, the concentration of ethanol and / or 2,3-butanediol in the fermentation broth and treated broth stream is 30% by weight or less in water, or less than 15% by weight in water. In one embodiment, the fermentation broth or treated stream contains 2-10% by weight of ethanol / 2,3-butanediol in water, wherein ethanol to 2,3-butanediol is in a ratio of 5; 1 to 1; 1 exist. In a preferred embodiment, the fermentation broth or treated stream contains 6% by weight of ethanol / 2,3-butanediol in water, wherein ethanol to 2,3-butanediol is present in a 1: 1 ratio. It has also been surprisingly found that 2,3-butanediol concentrations of less than 2% by weight can be separated using the SMB process. In particular embodiments, the adsorbent adsorbs at least about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, about 95%, about 99% or substantially 100% of the fermentation product from the broth. In one embodiment, the adsorbent adsorbs 50 to 100%, or 60 to 95%, or 70 to 90%, or 70 to 100% of the fermentation product from the broth.

본 발명의 특수한 구현예들에서, 흡착제는 바람직하게는 적어도 6.0 W/W, 또는 적어도 7.0 W/W, 또는 적어도 8.0 W/W, 또는 적어도 9.0 W/W, 또는 적어도 10.0 W/W의 에탄올 흡착 비율를 가질 것이다. 특정 구현예들에서, 흡착제는, 에탄올 흡착 비율이 6.0 내지 10.0 W/W, 또는 7.0 내지 10.0 W/W, 또는 6.0 내지 9.0 W/W, 또는 7.0 내지 9.0 W/W이다.In particular embodiments of the present invention, the adsorbent preferably adsorbs at least 6.0 W / W, or at least 7.0 W / W, or at least 8.0 W / W, or at least 9.0 W / W, or at least 10.0 W / W of ethanol. Will have a ratio. In certain embodiments, the adsorbent has an ethanol adsorption ratio of 6.0 to 10.0 W / W, or 7.0 to 10.0 W / W, or 6.0 to 9.0 W / W, or 7.0 to 9.0 W / W.

본 발명에 따라서, 흡착제는 바람직하게는 적어도 9.0 W/W, 또는 적어도 10.0 W/W, 또는 적어도 12.0 W/W, 또는 적어도 16.0 W/W, 또는 적어도 18.0 W/W, 또는 적어도 20.0 W/W의 2,3-부탄디올 흡착 비율을 가질 것이다. 특정 구현예들에서, 흡착제는 9.0 내지 20.0 W/W, 또는 12.0 내지 20.0 W/W, 또는 10.0 내지 18.0 W/W, 또는 12.0 내지 18.0 W/W, 또는 16.0 내지 20.0 W/W의 2,3-부탄디올 흡착 비를 갖는다.According to the invention, the adsorbent is preferably at least 9.0 W / W, or at least 10.0 W / W, or at least 12.0 W / W, or at least 16.0 W / W, or at least 18.0 W / W, or at least 20.0 W / W It will have a 2,3-butanediol adsorption ratio. In certain embodiments, the adsorbent is 9.0 to 20.0 W / W, or 12.0 to 20.0 W / W, or 10.0 to 18.0 W / W, or 12.0 to 18.0 W / W, or 16.0 to 20.0 W / W, 2,3 -Has an adsorption ratio of butanediol.

본 발명의 특수한 구현예에서, 유기 생성물들이 흡착제에 흡착되는 온도는 20℃ 내지 75℃, 또는 25℃ 내지 40℃, 또는 25℃ 내지 35℃이다. 바람직한 구현예에서, 유기 생성물들이 흡착제에 흡착되는 온도는 약 25℃이다. 인식될 바와 같이, 이는 증류에 의해 생성물을 분리하는데 요구되는 것보다 유의적으로 더 낮다.In a particular embodiment of the invention, the temperature at which organic products are adsorbed on the adsorbent is 20 ° C to 75 ° C, or 25 ° C to 40 ° C, or 25 ° C to 35 ° C. In a preferred embodiment, the temperature at which organic products are adsorbed to the adsorbent is about 25 ° C. As will be appreciated, it is significantly lower than required to separate the product by distillation.

본 발명의 특정 구현예들에서, 생성물이 흡착제로부터 탈착되는 온도는 20℃ 내지 120℃, 또는 20℃ 내지 110℃, 또는 25℃ 내지 100℃, 또는 40℃ 내지 100℃, 또는 40℃ 내지 90℃ 미만이다. 특정 구현예들에서, 생성물이 흡착제로부터 탈착되는 온도는 약 90℃이다.In certain embodiments of the invention, the temperature at which the product is desorbed from the adsorbent is 20 ° C to 120 ° C, or 20 ° C to 110 ° C, or 25 ° C to 100 ° C, or 40 ° C to 100 ° C, or 40 ° C to 90 ° C Less than. In certain embodiments, the temperature at which the product desorbs from the adsorbent is about 90 ° C.

본 발명의 특수한 구현예에서, 생성물이 흡착제에 흡착되는 압력은 200 psig (1,379kPag) 미만, 또는 150 psig(1,034 kPag) 미만 또는 약 100 psig(689 kPag) 미만, 또는 약 50 psig(345 kPag) 미만이다. 특정 구현예들에서, 생성물이 흡착제에 흡착되는 압력은 14.7 내지 200psig(101 내지 1,379 kPag)이다. 본 발명의 구현예들은, 수성 발효 브로스로부터 일반적으로 산, 알코올 및 디올과 같은 기체 발효의 유기 생성물의 분리에서 특수한 적용을 발견한다. 특히 아세트산, 에탄올 및 2,3-부탄디올은 CO를 포함하는 기체 기재의 발효에 의해 생성되며 본 발명을 사용하여 수성 유기 스트림으로부터 분리될 수 있다.In a particular embodiment of the invention, the pressure at which the product is adsorbed on the adsorbent is less than 200 psig (1,379 kPag), or less than 150 psig (1,034 kPag) or less than about 100 psig (689 kPag), or about 50 psig (345 kPag) Less than. In certain embodiments, the pressure at which the product is adsorbed on the adsorbent is 14.7 to 200 psig (101 to 1,379 kPag). Embodiments of the present invention find special application in the separation of organic products of gaseous fermentation, such as acids, alcohols and diols, generally from aqueous fermentation broths. In particular acetic acid, ethanol and 2,3-butanediol are produced by gas-based fermentation involving CO and can be separated from aqueous organic streams using the present invention.

상기 양태들의 추가 구현예들에서, 에탄올과 같은 알코올 생성물은 브로스를 SMB 모듈에 전달하고, 임의로 여과 모듈에 전달하기 전에, 생물 반응기(또는 브로스의 다른 부위)로부터 제거된 브로스의 일부로부터 추출된다. 바람직하게는, 에탄올은 증류에 의해 브로스로부터 추출된다. 특수한 구현예에서, 추출된 알코올은 SMB 모듈에서 탈착제로서 사용된다.In further embodiments of the above aspects, an alcohol product such as ethanol is extracted from a portion of the broth removed from the bioreactor (or other portion of the broth) prior to delivery of the broth to the SMB module, and optionally to the filtration module. Preferably, ethanol is extracted from the broth by distillation. In a particular embodiment, the extracted alcohol is used as a desorbent in the SMB module.

상기 양태들의 추가 구현예들에서, SMB 모듈은 생성물들 및/또는 산들의 흡착 후 재생된다. 특수한 구현예에서, 흡착제는 실질적으로 모든 탈착제를 제거한다. 특수한 구현예들에서, 상기 흡착제는 스팀 스트리핑(steam stripping)에 의해 탈착제를 제거한다. 스팀 스트리핑은 흡착 전에 발생하여 시스템으로부터 제거된 응축된 스트리핑 용액을 생성하거나, 응축된 스트리핑 용액이 라피네이트와 함께 시스템 밖으로 운반되는 흡착 단계와 함께 발생할 수 있다. 상기 응축된 스트리핑 용액 또는 탈착제-함유의 라피네이트는 증류하여 추출된 탈착제를 회수하며, 이는 상기 공정에 되돌아간다.In further embodiments of the above aspects, the SMB module is regenerated after adsorption of products and / or acids. In a particular embodiment, the adsorbent removes substantially all desorbent. In particular embodiments, the adsorbent removes the desorbent by steam stripping. Steam stripping may occur prior to adsorption to produce a condensed stripping solution removed from the system, or it may occur with an adsorption step in which the condensed stripping solution is carried out of the system along with the raffinate. The condensed stripping solution or desorbent-containing raffinate is distilled to recover the extracted desorbent, which is returned to the process.

기체 기재는 산업 공정의 부산물로서 수득된 기체를 포함할 수 있다. 특정 구현예들에서, 상기 산업 공정은 철 금속 생성물 제조, 비-철 생성물 제조, 석유 정제 공정, 바이오매스의 기체화, 석탄의 기체화, 전기력 생성, 카본 블랙(carbon black) 생성, 암모니아 생성, 메탄올 생성 및 코크스(coke) 제조로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 기체 기재는 합성기체이다. 일 구현예에서, 기체 기재는 제강소(steel mill)로부터 산출된 기체를 포함한다.The gaseous substrate can include the gas obtained as a by-product of an industrial process. In certain embodiments, the industrial process includes ferrous metal product manufacturing, non-ferrous product manufacturing, petroleum refining processes, gasification of biomass, gasification of coal, electrical power generation, carbon black generation, ammonia generation, It is selected from the group consisting of methanol production and coke production. In one embodiment of the invention, the gas base is a synthetic gas. In one embodiment, the gas substrate comprises a gas calculated from a steel mill.

특수한 구현예에서, 상기 기체 기재는 CO를 함유하는 기체 기재이다. 추가 구현예들에서, 상기 기재는 적어도 약 15 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 20 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 43 용적% CO 내지 95 용적% CO, 예를 들면, 75 용적% CO 내지 95 용적% CO, 또는 예를 들면, 80 용적% 내지 90 용적% CO를 함유한다. 일 특수 구현예에서, 기체 기재는 약 95% CO를 포함한다. 기재가 CO2 및 H2를 또한 함유하는 경우, 예컨대 6%와 같은 보다 낮은 CO 수준이 고려된다. 다른 구현예들에서, 기재 스트림은 2% 내지 13%의 H2 농도를 포함한다.In a particular embodiment, the gaseous substrate is a gaseous substrate containing CO. In further embodiments, the substrate is at least about 15% by volume CO to 100% by volume CO, e.g., 20% by volume CO to 100% by volume CO, e.g., 43% by volume CO to 95% by volume CO, e.g. For example, 75 volume% CO to 95 volume% CO, or, for example, 80 volume% to 90 volume% CO. In one particular embodiment, the gaseous substrate comprises about 95% CO. If the substrate also contains CO 2 and H 2 , lower CO levels, such as 6%, are contemplated. In other embodiments, the substrate stream comprises a 2% to 13% H 2 concentration.

다양한 구현예들에서, 발효는 일산화탄소영양 박테리아 중 하나 이상의 균주를 포함하는 미생물 배양물을 사용하여 수행한다. 다양한 구현예들에서, 일산화탄소영양 박테리아은 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 옥소박터(Oxobacter), 펩토스트렙토코쿠스(Peptostreptococcus), 아세토박테리움(Acetobacterium), 유박테리움(Eubacterium), 또는 부티리박테리움(Butyribacterium) 중에서 선택된다. 일 구현예에서, 일산화탄소영양 박테리아은 클로스트리디움 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다. 특수 구현예에서, 상기 박테리아은 수탁 번호 제DSMZ10061호 또는 제DSMZ23693호의 식별 특성을 갖는다.In various embodiments, fermentation is performed using a microbial culture comprising one or more strains of carbon monoxide nutrition bacteria. In various embodiments, the carbon monoxide nutritional bakteriaheun Clostridium (Clostridium), no Pasteurella (Moorella), oxo bakteo (Oxobacter), pepto streptococcus (Peptostreptococcus), acetonitrile tumefaciens (Acetobacterium), oil cake Te Solarium (Eubacterium), Or Butyribacterium . In one embodiment, the carbon monoxide nutrition bacterium is Clostridium autoethanogenum . In a particular embodiment, the bacteria have the identification properties of accession number DSMZ10061 or DSMZ23693.

본 발명은 또한, 본 출원 명세서에 언급되거나 나타낸 부분들, 요소들 및 내용들을, 개별적으로 또는 총괄적으로, 상기 부분들, 요소들 또는 내용들 중의 2개 이상의 임의의 또는 모든 조합에 있어, 그리고 본 발명에 관계된 당해 분야에서 알려진 균등물을 갖는 특정 정수들이 언급되는 경우 포함하며, 그와 같은 알려진 균등물들은 개별적으로 여기서 설정된 것 같이 포함된 것으로 의도된다.The present invention is also directed to any or all combinations of two or more of the parts, elements or contents, individually or collectively, the parts, elements and contents mentioned or indicated in the present application specification, and the present invention. Included where specific integers having equivalents known in the art related to the invention are mentioned, and such known equivalents are intended to be included individually as set forth herein.

본 발명의 이러한 양태들 및 다른 양태들은, 이들의 신규한 양태들 모두에서 고려되어야 하며, 첨부된 도면들을 참조로 단지 실시예로서 주어지는 것이 명백할 것이며, 상기 첨부된 도면들은:
도 1로서 본 발명의 구현예에 따른 발효 시스템의 개략도;
도 2로서 본 발명의 구현예에 따른 발효 시스템의 개략도를 포함하며, 여기서 SMB 모듈은 기체 발효와 연결되어 에탄올 및 2,3-부탄디올과 같은 발효 생성물들을 추출한다.
These and other aspects of the invention should be considered in all of these novel aspects, and it will be apparent that it is given by way of example only with reference to the accompanying drawings, which are:
1 is a schematic diagram of a fermentation system according to an embodiment of the present invention;
2 includes a schematic diagram of a fermentation system according to an embodiment of the present invention, wherein the SMB module is connected to gas fermentation to extract fermentation products such as ethanol and 2,3-butanediol.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

정의들Definitions

달리 나타내지 않은 한, 다음의 용어들은 명세서 전체에 걸쳐 다음과 같이 정의된다:Unless otherwise indicated, the following terms are defined throughout the specification as follows:

라피네이트 - 발효 생성물들이 흡착제에 흡착된 다음 발효 브로스의 나머지 물질.Raffinate-the remainder of the fermentation broth after the fermentation products have been adsorbed to the adsorbent.

발효 브로스 또는 브로스 - 생물 반응기에서 발견된 성분들(브로스 배양물 및 영양 배지 포함)의 혼합물.Fermentation broth or broth-a mixture of ingredients (including broth culture and nutrient medium) found in the bioreactor.

영양 배지 - 미생물 배양물의 성장에 적절한 영양소들 및 다른 성분들을 함유하는 발효 브로스에 부가된 용액.Nutrient medium-solution added to fermentation broth containing nutrients and other ingredients suitable for the growth of microbial cultures.

브로스 배양물 - 발효 브로스 속에 존재하는 미생물 배양물.Broth Culture-Microbial culture present in fermentation broth.

브로스 배양물 밀도 - 발효 브로스 내 미생물 세포들의 밀도.Broth culture density-The density of microbial cells in the fermentation broth.

일산화탄소를 포함하는 기체 기재 - 및 유사 용어들은 일산화탄소를 함유하는 임의의 기체를 포함한다. 기체 기재는 전형적으로 유의미한 비율의 CO, 바람직하게는 적어도 약 5 용적% 내지 약 100 용적% CO를 함유할 것이다.Gas substrates comprising carbon monoxide-and similar terms include any gas containing carbon monoxide. The gaseous substrate will typically contain a significant proportion of CO, preferably at least about 5% by volume to about 100% by volume CO.

산 - 여기에서 사용된 바와 같이, 이 용어는 카복실산 형태를 포함한다. 아세테이트 형태의 아세트산은 본 발명의 흡착제 공정과 함께 사용하기에 적합하지 않다. 발효 브로스 내에 존재하는 아세테이트는 pH 조절에 의해 산 형태로 전환될 수 있다. 발효 브로스 내에서 아세트산 대 아세테이트의 분자 비율은 시스템의 pH에 의존한다.Acid-As used herein, this term includes the carboxylic acid form. Acetic acid in the form of acetate is not suitable for use with the adsorbent process of the present invention. Acetate present in the fermentation broth can be converted to the acid form by pH adjustment. The molecular ratio of acetic acid to acetate in the fermentation broth depends on the pH of the system.

생물 반응기 또는 발효기 - 는 연속 교반식 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor: CSTR), 고정 세포 반응기(Immobilized Cell Reactor: ICR), 트리클 층 반응기(Trickle Bed Reactor: TBR), 이동층 생물막 반응기(Moving Bed Biofilm Reactor: MBBR), 버블 칼럼(Bubble Column), 기체 리프트 발효기(Gas Lift Fermenter), 할로우 섬유막 생물 반응기(Hollow Fibre Membrane Bioreactor: HFMBR)와 같은 막 반응기, 정적 혼합기, 또는 다른 용기 또는 기체-액체 접촉에 적합한 다른 장치를 포함하는, 하나 이상의 용기 및/또는 타워(tower) 또는 파이핑 배열(piping arrangement)로 이루어진 발효 장치를 포함한다.Bioreactor or fermenter-is a continuous stirred tank reactor (CSTR), immobilized cell reactor (ICR), trickle bed reactor (TBR), moving bed biofilm reactor (Moving Bed Biofilm) For membrane reactors such as Reactor: MBBR, Bubble Column, Gas Lift Fermenter, Hollow Fiber Membrane Bioreactor (HFMBR), static mixer, or other vessel or gas-liquid contact Fermentation devices consisting of one or more containers and / or towers or piping arrangements, including other suitable devices.

제2 또는 제2 생물 반응기 - 여기에서 사용된 바와 같이, 이러한 용어들은 제1 및/또는 제2의 생물 반응기와 직렬식 또는 병렬식으로 연결될 수 있는, 임의의 수의 추가적인 생물 반응기들을 포괄하는 것으로 의도된다.Second or Second Bioreactor-As used herein, these terms are intended to encompass any number of additional bioreactors that may be connected in series or in parallel with the first and / or second bioreactor. Is intended

발효, 발효 공정 또는 발효 반응 - 및 유사 용어들은, 여기에 사용된 바와 같이, 공정의 성장 상(phase) 및 생성물 생합성 상(phase), 두 가지 모두를 포함하는 것으로 의도된다. 일부 구현예들에서, 생물 반응기는 제1 성장 반응기 및 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 발효 반응에 대한 성분들의 처리, 또는 부가는 이들 반응기 각각 또는 두가지 모두와 관계된 것으로 의도되어야 한다.Fermentation, fermentation process or fermentation reaction-and similar terms, as used herein, are intended to include both the growth phase of the process and the product biosynthesis phase. In some embodiments, the bioreactor can include a first growth reactor and a second fermentation reactor. As such, the treatment, or addition, of components to the fermentation reaction should be intended to relate to each or both of these reactors.

분배 비율 - 여기에서 사용된 바와 같이, 이는 추출물 중 단일 확정 형태의, A의 물질의 농도 대 평형 상태에 있는 다른 상(phase)에서 동일한 형태에서의 이의 농도 비율를 정의하는 것으로 의도되며, 이는 하기 식으로 나타난다:Distribution Ratio-As used herein, it is intended to define the ratio of the concentration of a substance of A in its single form in the extract to its concentration ratio in the same form in different phases in equilibrium, which is Appears as:

Ⅰ.

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(IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book". Compiled by A.D. McNaught and A, Wilkinson, Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: hip://goldbook.iupac.org(2006) created by M.Nic, J. Jirat, B.Kosta; updates compiled by A.Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8)(IUPAC.Compendium of Chemical Terminology, 2 nd ed. (The "Gold Book" .Compiled by AD McNaught and A, Wilkinson, Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997) .XML on-line corrected version: hip: // goldbook. iupac.org (2006) created by M.Nic, J. Jirat, B.Kosta; updates compiled by A.Jenkins.ISBN 0-9678550-9-8)

영양 배지의 성분 - 여기에서 사용된 바와 같이, 액체 영양 배지에 제공된 임의의 물질을 지칭하는 것으로 의도되며, 상기 영양 배지는 미생물의 성장을 보조하며 비제한적으로, 비타민들, 미량 금속들 및 무기질들을 포함한다. 수성 유기 스트림은, 여기에서 사용된 바와 같이, 발효 공정의 하나 이상의 유기 생성물을 포함하는 수성 스트림을 정의하는 것으로 의도된다. 유기 생성물들의 예시들은 비제한적으로 에탄올; 2,3-부탄디올; 아세트산; 프로판올; 부탄올; 이소프로판올 및 아세톤, 물에 대해 고 친화성인, 즉, 물 속에서 높은 정도로 용해성인 화합물을 포함한다.Components of Nutritional Medium-As used herein, it is intended to refer to any substance provided in a liquid nutritional medium, which assists the growth of microorganisms and includes, but is not limited to, vitamins, trace metals and minerals. Includes. Aqueous organic stream, as used herein, is intended to define an aqueous stream comprising one or more organic products of a fermentation process. Examples of organic products include but are not limited to ethanol; 2,3-butanediol; Acetic acid; Propanol; Butanol; Isopropanol and acetone, compounds that are highly compatible with water, ie to a high degree of solubility in water.

명세서 전체 및 임의의 청구항에 걸쳐서, 문맥에서 달리 요구하지 않는 한, 단어 "포함하다", "포함하는" 및 유사 단어들은 다시 말해서, "포함하나, 이에 한정되지 않는"의 의미인, 배타적인 의미와 대치되는 포괄적인 의미로 해석되어야 한다.Throughout the specification and any claims, unless the context requires otherwise, the words "comprises", "comprising", and similar words, that is, the exclusive meaning of "including but not limited to" And should be interpreted in a comprehensive sense.

본 발명자들은, SMB가 일반적으로 수용액으로부터, 물에 대해 고 친화성을 갖는 알코올, 디올, 및 유기산과 같은 유기 화합물을 추출하는 것에 유리하게 적용할 수 있다는 점을 확인하였고, 이를 위한 공정을 개발하였다. 지금까지, SMB는 유기 용매로부터 유기 화합물을 분리하거나 수용액으로부터 유기 화합물을 추출하는데에만 사용되어 왔으며, 여기서 유기 성분은 물에 대해 낮은 친화성을 갖는다. 알코올들, 디올들, 및 유기산들은 저 탄소쇄(carbon chain) 길이 및 고 극성을 가지므로, 이러한 화학물질들은 물에 대해 고 친화성을 가지는 경향이 있으며, 즉, 물 속에서 실질적으로 완전히 용해성이다. 또한, 이들 화합물은 불순물을 함유하는 저 농도 용액(즉, 10 % w/w) 속에서 전형적으로 생성된다. 발효 용액들은 종종 흡착제 표면에 대해 물리적으로 차단하거나 경쟁함으로써 흡착을 제한하는 현탁되고 용해성인 바이오매스 오염물질들 뿐만 아니라 다양한 무기 화합물들을 함유한다. 본 발명의 적어도 몇몇의 바람직한 구현예들은 최적화된 흡착제 선택성, 용량, 질량 전달 비율, 및 장기 안정성 중의 적어도 하나를 지닌 공정 및 시스템을 제공함으로써 이러한 제한들 중 적어도 하나를 극복하는데 목표를 둔다. 본 발명은 또한 연속식 운행을 위해 최적화됨으로써 SMB 자본 소비 및 운행 비용을 감소시키는 SMB 모듈을 바람직하게 제공한다.The present inventors have confirmed that SMB can be advantageously applied to extracting organic compounds such as alcohols, diols, and organic acids having high affinity for water, generally from aqueous solutions, and developed a process for this. . So far, SMB has only been used to separate organic compounds from organic solvents or to extract organic compounds from aqueous solutions, where the organic component has a low affinity for water. Alcohols, diols, and organic acids have low carbon chain length and high polarity, so these chemicals tend to have high affinity for water, i.e., are substantially completely soluble in water. . In addition, these compounds are typically produced in low concentration solutions containing impurities (ie, 10% w / w). Fermentation solutions often contain various inorganic compounds as well as suspended and soluble biomass contaminants that limit adsorption by physically blocking or competing for the adsorbent surface. At least some preferred embodiments of the invention aim to overcome at least one of these limitations by providing a process and system having at least one of optimized adsorbent selectivity, capacity, mass transfer ratio, and long-term stability. The invention also advantageously provides an SMB module that is optimized for continuous operation, thereby reducing SMB capital consumption and operating costs.

발효 생성물들을 추출하기 위한 SMB 기술에 대한 커플링 기체 발효의 이러한 방법은 알려진 분리 방법들에 비하여 몇가지 장점들을 제공한다.This method of coupling gas fermentation to SMB technology for extracting fermentation products offers several advantages over known separation methods.

재생성의, 연속적인 흡착은 흡착제 및 용매/탈착제 양 및 에너지 소비를 감소시킨다. 운행 비용은 증발, 용매 추출 및 결정화와 같은 통상의 단위 공정보다 유의적으로 더 낮다.Regenerated, continuous adsorption reduces the amount of adsorbent and solvent / desorbent and energy consumption. Running costs are significantly lower than conventional unit processes such as evaporation, solvent extraction and crystallization.

고정층들과 비교하여, SMB는 훨씬 더 효과적인 용적의 기능적 흡착제를 갖는다. 뱃치(고정층) 공정에서, 소정의 층(bed) 수준의 액체 조성물은 시간에 따라 주기적으로 변하며, 상기 층의 대부분은 소정의 시간에서 활성이 아니다. SMB 추출을 사용하는 연속 공정 동안, 소정의 수준에서의 조성물은 고정되고, 상기 층 전체는 유용한 기능을 수행한다.Compared to fixed beds, SMB has a much more effective volume of functional adsorbent. In a batch (fixed layer) process, a liquid composition at a given bed level periodically changes over time, and most of the layer is not active at a given time. During a continuous process using SMB extraction, the composition at a given level is fixed, and the entire layer performs useful functions.

발효 생성물들은, 흡착제 상에서 탈착제/용매를 전달함으로써 흡착제로부터 탈착되어 생성물-용매 용액을 산출할 수 있다. 본 발명은 유기 생성물을 용매(예를 들면, 브로스로부터의 물) 및/또는 원하지 않은 용질들의 캐리 오버(carry-over)가 최소 내지 아예 없는 수준으로, 고 수율 및 순도로 분리한다는 점에서 통상의 분리 기술보다 추가의 장점을 갖는다.Fermentation products can be desorbed from the adsorbent by delivering a desorbent / solvent on the adsorbent to yield a product-solvent solution. The present invention is conventional in that it separates organic products into high yields and purity, with minimal to no carry-over of solvents (e.g., water from broth) and / or unwanted solutes. It has additional advantages over separation technology.

SMB의 추가의 장점은 용액으로부터 하나 이상의 생성물을 동시 추출하는 이의 능력이다. 흡착제 층의 최적화는, SMB가 기존의 추출 방법들을 사용하여서는 수행될 수 없는 동일한 공정 조건 하에서 다수의 유기 생성물을 명확하게 추출하도록 한다.An additional advantage of SMB is its ability to simultaneously extract one or more products from solution. Optimization of the adsorbent layer allows SMB to clearly extract multiple organic products under the same process conditions that cannot be performed using existing extraction methods.

광범위한 용어로, 본 발명은 흡착제를 포함하는 모사 이동층(SMB) 모듈을 사용하여 발효 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 분리하는 방법을 제공한다.In broad terms, the present invention provides a method of separating one or more fermentation products from a fermentation broth using a simulated moving bed (SMB) module comprising an adsorbent.

본 발명의 구현예들은 발효 브로스로부터 산, 알코올 및 디올과 같은 기체 발효의 수성 유기 생성물의 분리에서 특수한 적용을 발견한다. 특히, 아세트산, 에탄올 및 2,3-부탄디올은 CO를 포함하는 기체 기재의 발효에 의해 생성되며, 이들은본 발명을 사용하여 수성 유기 스트림으로부터 분리될 수 있다.Embodiments of the present invention find special application in the separation of aqueous organic products of gaseous fermentation such as acids, alcohols and diols from fermentation broth. In particular, acetic acid, ethanol and 2,3-butanediol are produced by gas-based fermentation comprising CO, which can be separated from the aqueous organic stream using the present invention.

알려진 용매 추출 시스템은, 저 유기 생성물 농도를 갖는 브로스를 사용하는 경우 불량한 분배 계수를 보여준다. 염 포화(salt saturation)가 상기 분배 효율을 개선시킬 수 있지만, 이는 수성 폐기물로부터 염을 제거하는 비용에 부가되어 염이 재사용을 위해 회수될 수 없는 경우 소비 비용을 현저히 증가시킨다. SMB는 발효 생성물의 선택적인 흡착/탈착으로 인한 화학물질 소비 및 브로스 처리를 최소로 요구하여 추출 공정을 단순화시킨다. 본 발명의 특수한 구현예에서, 사용된 탈착제 화학물질이 발효로부터의 유기 생성물인 경우, SMB 공정은 실질적으로 화학적 소비를 요구하지 않는다.Known solvent extraction systems show poor partition coefficients when using broths with low organic product concentrations. Salt saturation can improve the distribution efficiency, but this adds to the cost of removing salt from aqueous waste, which significantly increases the cost of consumption if the salt cannot be recovered for reuse. SMB simplifies the extraction process by requiring minimal chemical consumption and broth treatment due to selective adsorption / desorption of fermentation products. In a particular embodiment of the present invention, if the desorbent chemical used is an organic product from fermentation, the SMB process substantially does not require chemical consumption.

본 발명의 특수한 구현예들에서, 상기 방법들은 발효 브로스를 SMB 모듈로 전달하기 전에 발효 브로스의 여과 단계를 포함한다. 여과는 결과로, 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스의 제거를 초래한다. 여과는 비제한적으로 나노(nano) 여과 및 울트라(ultra) 여과 막들을 포함하는 막을 통해 브로스를 전달하거나, 발효 브로스의 변성, 또는 당해 분야에 알려진 다른 여과 방법들에 의해 경유될 수 있다. 응집은 여과 전에 응집제를 부가하여 유도할 수 있다. 여과는 별개의 모듈로 수행되거가 SMB 모듈의 일부로서 포함될 수 있다.In particular embodiments of the present invention, the methods include the step of filtering the fermentation broth prior to delivery of the fermentation broth to the SMB module. Filtration results in removal of suspended and / or soluble biomass from the fermentation broth. Filtration can pass broth through membranes including, but not limited to, nano filtration and ultra filtration membranes, or may be bypassed by fermentation broth denaturation, or other filtration methods known in the art. Aggregation can be induced by adding a flocculant prior to filtration. Filtration can be performed as a separate module or included as part of the SMB module.

적합한 흡착제의 예는 불소화된 탄소 흡착제이다. 특정 구현예들에서, 흡착제는 활성탄 흡착제 또는 불소화된 탄소 흡착제이다. 다른 구현예에서, 흡착제는 C18 표면 변형된 실리카 겔이다.Examples of suitable adsorbents are fluorinated carbon adsorbents. In certain embodiments, the adsorbent is an activated carbon adsorbent or a fluorinated carbon adsorbent. In other embodiments, the adsorbent is a C18 surface modified silica gel.

바람직하게는, 흡착제는 변성된 발효 브로스로부터 물을 분리할 수 있는 임의의 흡착제 물질일 수 있다. 적절한 흡착제는 불소화된 탄소 흡착제들을 포함한다. 적절한 불소화된 탄소 흡착제들의 예들은 표면 불소화된 탄소 흡착제, 예를 들면, ORSCNCB4FL5GR 및 ORSNCB4FLGR(Orochem Technologies, Inc에서 구입 가능)을 포함하며 이후 FC-5 및 FC-1으로 각각 언급된다. 다른 적절한 흡착제들은 활성탄 흡착제들은 포함한다. 활성탄 흡착제의 예는 ORSNCB4GR(일리노이주 롬바드 소재의 Orochem Technologies, Inc.에서 구입 가능)를 포함하며 이후 E-325로 언급된다. C18 표면 변형된 실리카 겔은 또한 여기에 기술된 SMB 공정에서 사용하기에 적합한 특성을 갖는다. 예시적인 C18 표면 변형된 실리카 겔은 RELIASIL 5 마이크론 C18 (스위스, 주크(Zug)의 Infochroma에서 구입 가능)이다.Preferably, the adsorbent can be any adsorbent material capable of separating water from the denatured fermentation broth. Suitable adsorbents include fluorinated carbon adsorbents. Examples of suitable fluorinated carbon adsorbents include surface fluorinated carbon adsorbents, such as ORSCNCB4FL5GR and ORSNCB4FLGR (available from Orochem Technologies, Inc.), hereinafter referred to as FC-5 and FC-1 respectively. Other suitable adsorbents include activated carbon adsorbents. Examples of activated carbon adsorbents include ORSNCB4GR (available from Orochem Technologies, Inc. of Lombard, Ill.) And is hereinafter referred to as E-325. The C18 surface modified silica gel also has properties suitable for use in the SMB process described herein. An exemplary C18 surface modified silica gel is RELIASIL 5 micron C18 (available from Infochroma, Zug, Switzerland).

최적화된 흡착제 및 조건을 사용함으로써, 본 발명자들은, 발효 생성물이 브로스로부터 통상의 추출 기술과 비교하여 고 수율의 효율적인 방법으로 추출될 수 있음을 보여주었다. 최적화된 소수성 흡착제는 본 발명자들에 의해 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세트산, 2,3-부탄디올 및 아세톤과 같은 유기 화합물에 대해 높은 수용력(capacity) 및 선택성(selectivity)을 보여주는 것으로 알려졌다. 상기 방법은 또한 결과로, 용액 속에 존재하는 물 및 무기 염들의 실질적으로 완전한 거부를 초래한다.By using optimized adsorbents and conditions, the inventors have shown that the fermentation product can be extracted from the broth in a high yield and efficient way compared to conventional extraction techniques. Optimized hydrophobic adsorbents have been found by the inventors to show high capacity and selectivity for organic compounds such as ethanol, propanol, butanol, acetic acid, 2,3-butanediol and acetone. The method also results in substantially complete rejection of water and inorganic salts present in solution.

특수한 구현예에서, 흡착제는 적어도 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 약 99% 또는 실질적으로 100%의 브로스로부터의 발효 생성물을 흡착한다.In particular embodiments, the adsorbent adsorbs fermentation products from at least about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, about 95%, about 99% or substantially 100% broth.

생성물들은 증류와 같이 당해 분야의 숙련가에게 알려진 표준 방법에 의해 탈착된 생성물 혼합물로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 에탄올의 비등점은 78.8℃이며 아세트산의 비등점은 107℃이다. 그 결과, 에탄올 및 아세트산은 증발과 같은 휘발계 방법을 사용하여 서로로부터 용이하게 분리될 수 있다. 아세테이트는 활성탄 상에 흡착시켜 회수할 수 있다. 분리의 다른 예는 유기-용매 나노여과 막이다. 이들은 압력 여과(pressure filtration)를 통해 서로로부터 2개의 용매 성분들의 크기 분리를 가능하도록 한다.The products can be separated from the product mixture desorbed by standard methods known to those skilled in the art, such as distillation. For example, ethanol has a boiling point of 78.8 ° C and acetic acid has a boiling point of 107 ° C. As a result, ethanol and acetic acid can be easily separated from each other using a volatile method such as evaporation. Acetate can be recovered by adsorbing onto activated carbon. Another example of separation is an organic-solvent nanofiltration membrane. They enable size separation of two solvent components from each other through pressure filtration.

SMB는 흡착제로부터 유기 생성물을 제거하기 위한 용매 탈착제를 필요로 한다. 적절한 탈착제는 흡착제로부터 및 이후 탈착된 생성물로부터 공정 조건에 대한 단지 약간의 변화로 명확한 분리를 보장하면서, 거의 완전한 탈착제 재생이 가능하도록 한다. 바람직하게는, 탈착제는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 및 메틸 t-부틸 에테르를 포함하는 그룹 중에서 선택된다. 바람직한 구현예들에서, 탈착제는 메탄올 또는 에탄올이다.SMB requires solvent desorbents to remove organic products from adsorbents. Suitable desorbents enable near complete desorbent regeneration while ensuring clear separation from the adsorbent and then from the desorbed product with only slight changes to process conditions. Preferably, the desorbent is selected from the group comprising methanol, ethanol, propanol, and methyl t-butyl ether. In preferred embodiments, the desorbent is methanol or ethanol.

특수한 구현예에서, 탈착을 위해 사용된 용매는 상기 발효 공정에 의해 생성되고 사전에 추출된 용매이다. 이는 소비가능 비용 및 가능한 폐기물 처리 요구를 감소시킨다. 용매로서 추출된 생성물을 사용하는 것은, 원하지 않은 용매/탈착제 또는 용매/탈착제 오염물질들이 발효 효율을 억제할 수 있는 브로스로 재순환되는 가능성을 감소시킨다. 특수한 구현예에서, 용매는 발효에 의해 또는 연결된 발효 공정에 의해 생성된 에탄올이다. 이러한 용매는 브로스를 SMB 모듈에 전달시키기 전에 브로스의 제거된 부위로부터 추출될 수 있거나 브로스의 다른 부위로부터 수득될 수 있다.In a particular embodiment, the solvent used for desorption is a solvent produced by the fermentation process and previously extracted. This reduces consumable costs and possible waste disposal needs. Using the extracted product as a solvent reduces the likelihood of unwanted solvent / desorbent or solvent / desorbent contaminants being recycled to the broth which can inhibit fermentation efficiency. In a particular embodiment, the solvent is ethanol produced by fermentation or by a linked fermentation process. These solvents can be extracted from the removed site of the broth prior to delivery to the SMB module or can be obtained from other sites of the broth.

SMB는 표적 생성물과 흡착제 표면 사이의 분자 상호작용에 의존하므로, 이의 분리 수행능은 증류와는 달리, 고온을 필요로 하지 않는다. SMB는 브로스 탄화수소 및 수용액으로부터 유의하게 열 또는 압력의 요구없이 유기 화합물의 연속적인 회수를 가능하도록 한다. 이는 에너지 소비를 감소시킬 수 있으며, 또한 결과로 온실 기체 방출의 감소를 초래할 수 있다. 저온 및 압력 요건은 또한 최소의 처리로 라피네이트의 재순환을 가능하게 하면서 브로스 영양소들의 변질을 피할 수 있다.Since SMB relies on the molecular interaction between the target product and the adsorbent surface, its separation performance, unlike distillation, does not require high temperatures. SMB enables continuous recovery of organic compounds from broth hydrocarbons and aqueous solutions without significantly requiring heat or pressure. This can reduce energy consumption and can also result in a reduction in greenhouse gas emissions. Low temperature and pressure requirements also enable recirculation of raffinate with minimal treatment while avoiding deterioration of broth nutrients.

본 발명의 특수한 구현예에서, 생성물이 흡착제에 흡착되는 온도는 25℃ 내지 75℃이다. 바람직한 구현예에서, 유기 생성물이 흡착제에 흡착되는 온도는 약 25℃이다. 본 발명의 추가적인 특수한 구현예에서, 생성물이 흡착제로부터 탈착되는 온도는 25℃ 내지 120℃이다. 특정 구현예들에서, 생성물이 흡착제로부터 탈착되는 온도는 약 90℃이다. 본 발명의 특수한 구현예에서, 생성물이 흡착제에 흡착되는 압력은 200 psig(1,379kPag) 미만 또는 150 psig(1,034kPag) 미만 또는 약 100 psig(689kPag)이다.In a particular embodiment of the invention, the temperature at which the product is adsorbed on the adsorbent is between 25 ° C and 75 ° C. In a preferred embodiment, the temperature at which the organic product is adsorbed to the adsorbent is about 25 ° C. In a further particular embodiment of the invention, the temperature at which the product desorbs from the adsorbent is between 25 ° C and 120 ° C. In certain embodiments, the temperature at which the product desorbs from the adsorbent is about 90 ° C. In a particular embodiment of the invention, the pressure at which the product is adsorbed to the adsorbent is less than 200 psig (1,379 kPag) or less than 150 psig (1,034 kPag) or about 100 psig (689 kPag).

본 발명의 구현예에서, 라피네이트는 생물 반응기로 재순환된다. 재순환 전에, 라피네이트가 처리될 수 있으며, 상기 처리는 라피네이트에 부가되어 영양 배지를 보충하는 추가의 성분들 또는 영양소들(예를 들면, 비타민 B)로 구성될 수 있다. 상기 라피네이트의 pH는 생물 반응기로 돌아가기 전에 조절되어 생물 반응기 내 브로스의 pH를 조절할 수 있다.In an embodiment of the invention, the raffinate is recycled to the bioreactor. Before recycling, the raffinate may be treated, and the treatment may consist of additional components or nutrients (eg, vitamin B) added to the raffinate to supplement the nutrient medium. The pH of the raffinate can be adjusted before returning to the bioreactor to adjust the pH of the broth in the bioreactor.

발효 반응기 내의 pH의 조절은 반응 속도 및 형성된 생성물과 같은 다수의 변수들에 영향을 미칠 수 있는 중요한 인자이다. 발효와 관련된 미생물들이 흔히 광범위한 pH에 걸쳐 생성물들을 생성할 것이라 하더라도, 특수 반응 조건들을 위한 최적 pH를 유지하는 것은 성장 및/또는 생성 효율을 극대화할 수 있다. 아세트산 및 락트산과 같은 산들의 구축(build-up)은 발효를 억제할 수 있으며, 확인되지 않을 경우 미생물 배양의 붕괴를 초래할 수 있다.Controlling the pH in the fermentation reactor is an important factor that can affect a number of variables, such as reaction rate and product formed. Although the microorganisms involved in fermentation will often produce products over a wide range of pH, maintaining the optimum pH for special reaction conditions can maximize growth and / or production efficiency. Build-up of acids such as acetic acid and lactic acid can inhibit fermentation and, if not identified, can lead to disruption of microbial culture.

광범위한 용어로서, 본 발명은 또한 바람직하게는 산을 포함하는 브로스의 일 부분을 제거하기 위한 흡착제를 포함하는 모사 이동층(SMB) 모듈을 사용하여 생물 반응기에서 발효 브로스의 pH를 조절하는 방법을 제공한다.In broad terms, the present invention also provides a method for adjusting the pH of a fermentation broth in a bioreactor using a simulated moving bed (SMB) module, preferably comprising an adsorbent for removing a portion of the broth comprising acid. do.

상기 방법은, 발효 브로스의 pH가 산화제 또는 알칼리화제의 부가를 필요로 하지 않거나, 적어도 이에 대한 요구를 감소시키면서 연속적으로 조절되도록 할 수 있다. 이는 제제를 제거하는데 요구될 수 있는 폐기물 처리를 감소시키면서 소비가능한 비용을 감소시킨다.The method can allow the pH of the fermentation broth to be adjusted continuously without requiring the addition of an oxidizing agent or alkalizing agent, or at least reducing the need for it. This reduces the cost of consumption while reducing the waste treatment that may be required to remove the formulation.

추가 구현예에서, 본 발명은 pH를 조절하는 방법을 제공하며 이에 의해 브로스의 pH의 조절 정도는 브로스의 제거된 부위로부터 추출된 하나 이상의 산의 양에 의해 결정된다.In a further embodiment, the present invention provides a method of adjusting the pH, whereby the degree of adjustment of the pH of the broth is determined by the amount of one or more acids extracted from the removed site of the broth.

산을 생성하는 발효에서, 생물 반응기내 산 축적은 미생물 배양물의 억제 또는 붕괴를 초래할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따라서, SMB 모듈은 연장된 셀 재순환 시스템으로서 사용되어 필수적인 바이오매스 및 용해성 단백질의 회수를 가능하도록 하면서, 배양물로부터 과량의 산을 스트리핑할 수 있다. 특정 구현예들에서, 발효 브로스 속에 생성된 실질적으로 모든 아세트산은 상기 공정을 통해 제거된다. 특정 구현예들에서, 생물 반응기내 pH가 원하는 범위 이상으로 상승하는 경우, 아세트산은 아세테이트의 형태로 반응기에 되돌아갈 수 있다. 특정 구현예들에서, 브로스 스트림이 SMB 모듈을 통해 전달되면서 이로부터 스트리핑된 산의 양을 조절함으로써 생물 반응기내 pH를 조절하는 것이 가능하다. 반응기내 pH가 원하는 수준 미만으로 떨어지는 경우, 보다 많은 산을 발효 브로스로부터 스트리핑하여, pH를 원하는 범위로 회귀시킨다. 생물 반응기의 pH는 발효의 유형에 의존한다. 아세트산 발효에서, 아세트산이 주요 발효 생성물인 경우, pH 범위는 약 pH 6 내지 약 pH 7.5 사이에서 유지되어야 한다. 알코올 발효에서, 하나 이상의 알코올이 주요 발효 생성물(본 발명의 제1 및 제2 양태들)인 경우, pH는 약 pH 4.5 내지 약 pH 5.5 사이에서 유지된다. 특정 구현예들에서, 상기 공정은 연속 공정이다.In acid-producing fermentations, accumulation of acid in the bioreactor can result in inhibition or disruption of microbial cultures. According to one aspect of the invention, the SMB module can be used as an extended cell recirculation system to strip excess acid from the culture while allowing recovery of essential biomass and soluble proteins. In certain embodiments, substantially all acetic acid produced in the fermentation broth is removed through the process. In certain embodiments, when the pH in the bioreactor rises above a desired range, acetic acid can be returned to the reactor in the form of acetate. In certain embodiments, it is possible to adjust the pH in the bioreactor by controlling the amount of acid stripped from it as the broth stream is delivered through the SMB module. If the pH in the reactor falls below the desired level, more acid is stripped from the fermentation broth to return the pH to the desired range. The pH of the bioreactor depends on the type of fermentation. In acetic acid fermentation, if acetic acid is the main fermentation product, the pH range should be maintained between about pH 6 and about pH 7.5. In alcoholic fermentation, when one or more alcohols are the main fermentation product (first and second aspects of the present invention), the pH is maintained between about pH 4.5 and about pH 5.5. In certain embodiments, the process is a continuous process.

본 발명은 또한 도 1에 개략적으로 나타난 예시적인 구현예의 발효 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 적절한 투입구를 통해 생물 반응기(1)에 공급될 수 있는 기체 기재(3)로부터 하나 이상의 발효 생성물을 생성할 수 있는 미생물을 함유하는 발효 브로스(2)를 함유하는 생물 반응기(1)를 포함한다.The present invention also provides a fermentation system of the exemplary embodiment schematically shown in FIG. 1. The system comprises a bioreactor 1 containing a fermentation broth 2 containing microorganisms capable of producing one or more fermentation products from a gaseous base 3 which can be fed to the bioreactor 1 through a suitable inlet. Includes.

브로스(2)의 일 부분은 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스를 제거하기 위해 조정된 여과 모듈(4)을 통해 생물 반응기(1)에서 브로스(2)에 공급된다. 제거된 농축 바이오매스는 생물 반응기로 5 재순환될 수 있다. 바이오매스가 고갈된 브로스는, 상기 바이오매스가 고갈된 브로스로부터 하나 이상의 발효 생성물을 흡착하도록 조정된 흡착제를 포함하는 모사 이동층 모듈(6)에 전달되어, 결과로 라피네이트 스트림(흡착제에 흡착되지 않은, 여과된 바이오매스-고갈된 브로스)을 초래한다. 라피네이트는 생물 반응기(1)로 7 재순환된다. 탈착제(8)는 흡착제 상에서 전달되어 추가의 분리 단계에 적용될 수 있는 농축된 물질대사 스트림(9) 속에서 제거되는 발효 생성물을 탈착시킨다. 흡착제(6)는 이후의 흡착 전에 스팀 스트리핑(10)에 의해, 또는 라피네이트를 지닌 시스템을 수행하는 흡착 단계와 함께, 모든 잔여 탈착제(또는 "재생된")를 없앤다. 일 구현예에서, 상기 기술되고 도 1에 나타난 시스템을 사용하여 브로스로부터 발효 생성물(예를 들면, 산)을 제거함으로써 pH를 조절할 수 있다.A portion of the broth 2 is fed to the broth 2 in the bioreactor 1 through a filtration module 4 adapted to remove suspended and / or soluble biomass from the fermentation broth. The removed concentrated biomass can be recycled back to the bioreactor 5. The biomass-depleted broth is delivered to a simulated moving bed module 6 comprising an adsorbent adapted to adsorb one or more fermentation products from the biomass-depleted broth, resulting in a raffinate stream (not adsorbed to the adsorbent) (Filtered biomass-depleted broth). The raffinate is recycled to the bioreactor 1 7. The desorbent 8 desorbs the fermentation product which is transferred on the adsorbent and removed in the concentrated metabolism stream 9 which can be applied in a further separation step. The adsorbent 6 removes all residual desorbent (or "regenerated") by steam stripping 10 prior to subsequent adsorption, or with an adsorption step to perform a system with raffinate. In one embodiment, the pH can be adjusted by removing the fermentation product (eg, acid) from the broth using the system described above and shown in FIG. 1.

본 발명의 다른 구현예는 도 2에 개략적으로 나타나 있다. 참조의 용이성을 위해, 참조 번호들을 유사한 내용들을 위해 유사 사용하였다. 상기 시스템은 기체 기재(3)로부터 하나 이상의 발효 생성물을 생성할 수 있는 미생물을 함유하는 발효 브로스(2)를 함유하는 생물 반응기(1)를 포함한다. 브로스의 일 부분은 a) 발효 브로스로부터 현탁되고/되거나 용해성인 바이오매스의 적어도 일부를 제거하도록 조정된 여과 모듈(4)에 직접 전달되거나 할 수 있다. 임의로, 에탄올과 같은 휘발성 생성물은 여과 모듈(4)로 전달되기 전에 15 증류된다. 고체 바이오매스는 여과 모듈(4)로부터 15 제거되며 발효 브로스로 처리되거나 재순환될 수 있다. 증발된 생성물은 SMB 모듈(6)에 17 전달되어 탈착제로 사용될 수 있다.Another embodiment of the invention is schematically illustrated in FIG. 2. For ease of reference, reference numbers have been used similarly for similar contents. The system comprises a bioreactor 1 containing a fermentation broth 2 containing microorganisms capable of producing one or more fermentation products from the gaseous substrate 3. A portion of the broth may be delivered directly to a filtration module 4 that is adapted to a) remove at least a portion of the suspended and / or soluble biomass from the fermentation broth. Optionally, volatile products such as ethanol are distilled 15 before being passed to the filtration module 4. The solid biomass is removed from the filtration module 4 and can be treated or recycled to the fermentation broth. The evaporated product can be transferred to SMB module 6 and used as a desorbent.

바이오매스가 고갈된 브로스는 상기 브로스의 하나 이상의 발효 생성물을 흡착하도록 조정된 흡착제를 포함하는 SMB 모듈(6)에 전달된다. 라피네이트는 배지 제조 모듈(20)을 통해 생물 반응기로 7회 재순환되며, 여기서 배지 공급물을 최적화하기 위한 처리가 일어날 수 있다. 이러한 모듈(20)은 도 1 구현예에 부가할 수 있음이 인식될 것이다.The biomass-depleted broth is delivered to an SMB module 6 comprising an adsorbent adapted to adsorb one or more fermentation products of the broth. The raffinate is recycled 7 times through the media preparation module 20 to the bioreactor where treatment can be performed to optimize the media feed. It will be appreciated that such a module 20 can be added to the FIG. 1 implementation.

탈착제(8)는 SMB 모듈(6)로 도입되어 흡착제 상에서 전달되어 발효 생성물들을 탈착시킨다. 탈착제는 에탄올과 같은 발효 생성물(17) 또는 (22)이거나 메탄올 또는 물과 같은 소비재(23)일 수 있다. 탈착 이후, 발효 생성물들은 분리 모듈(25) 에서 추가의 분리를 위해 농축된 대사물질 스트림(9) 내에서 제거되어, 단지 예로서 각각 제공된, 에탄올 및 2,3-부탄디올 같은 정제된 생성물(26) 및 (27)을 산출한다. 탈착제는 폐기물 배출 기체(29)와 함께 28 제거되며 탈착제는 30 수집되어 재순환될 수 있다.The desorbent 8 is introduced into the SMB module 6 and transferred on the adsorbent to desorb the fermentation products. The desorbent may be a fermentation product 17 or 22 such as ethanol or a consumable 23 such as methanol or water. After desorption, the fermentation products are removed in a concentrated metabolite stream 9 for further separation in separation module 25, providing purified products 26 such as ethanol and 2,3-butanediol, respectively, provided only as examples. And (27). The desorbent is removed 28 together with the waste exhaust gas 29 and the desorbent can be collected 30 and recycled.

스팀(10) 및 가열된 배출 기체(32)를 사용하여 흡착제를 재생시킨다. 가열된 배출 기체는 배출 기체(33)를 생물 반응기로부터 열 교환기(34)를 통하여 전달함으로써 수득할 수 있다. 농축된 증기 및 탈착제를 추가의 가공을 위해 바이오매스 스트리핑된 브로스로 35 전달할 수 있다.The adsorbent is regenerated using steam 10 and heated exhaust gas 32. The heated exhaust gas can be obtained by transferring the exhaust gas 33 from the bioreactor through the heat exchanger 34. The concentrated vapor and desorbent can be transferred to a biomass stripped broth for further processing.

특수한 구현예에서, 기체 기재는 적어도 약 15 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 20 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 43 용적% CO 내지 95 용적% CO, 예를 들면, 75 용적% CO 내지 95 용적% CO, 또는 예를 들면, 80 용적% 내지 90 용적% CO를 함유한다. 일 특수 구현예에서, 기체 기재는 약 95%의 CO를 포함하한다. 기재가 또한 CO2 및 H2를 함유하는 경우에, 6%와 같은 보다 낮은 CO 수준이 고려될 수 있다. 다른 구현예들에서, 기재 스트림은 2% 내지 13%의 H2의 농도를 포함한다.In a particular embodiment, the gaseous substrate is at least about 15% by volume CO to 100% by volume CO, for example 20% by volume CO to 100% by volume CO, for example 43% by volume CO to 95% by volume CO, for example For example, 75 volume% CO to 95 volume% CO, or, for example, 80 volume% to 90 volume% CO. In one particular embodiment, the gaseous substrate comprises about 95% CO. If the substrate also contains CO 2 and H 2 , lower CO levels, such as 6%, can be considered. In other embodiments, the substrate stream comprises a concentration of H 2 from 2% to 13%.

본원의 설명이 본 발명의 특수한 구현예들, 즉, 주요 기재로서 CO를 사용한 에탄올, 2,3-부탄디올 및/또는 아세트산의 생성에 중점을 두고 있지만, 이는 대체 알코올들 또는 산들 또는 대체 화합물들의 생성에 적용가능함이 인식되어야 한다. 또한, 본 발명과 관련된 당해 분야의 통상의 기술자가 알고 있을 기재들을 포함하는 대체 기재들의 사용이 고려된다. 예를 들어, 이산화탄소 및 수소를 함유하는 기체 기재들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 부티레이트, 프로피오네이트, 카프로에이트, 에탄올, 프로판올, 및 부탄올을 생성하기 위한 발효에 적용가능할 수 있다. 상기 방법은 또한 수소를 생성하는데 사용될 수 있다. 예로서, 이들 생성물은 무렐라, 클로스트리디아, 루미노코쿠스, 아세토박테리움, 유박테리움, 부티리박테리움, 옥소박터, 메타노사르키나(Methanosarcina), 및 데설포토마쿨룸(Desulfotomaculum)의 속(genus)으로부터의 미생물들을 사용한 발효에 의해 생성될 수 있다.Although the description herein focuses on the production of ethanol, 2,3-butanediol and / or acetic acid using CO as the main substrate, i.e., special embodiments of the invention, it is the production of alternative alcohols or acids or alternative compounds. It should be recognized that it is applicable. It is also contemplated to use alternative substrates, including those that would be known to those skilled in the art related to the present invention. For example, gaseous substrates containing carbon dioxide and hydrogen can be used. Further, the present invention may be applicable to fermentation to produce butyrate, propionate, caproate, ethanol, propanol, and butanol. The method can also be used to produce hydrogen. By way of example, these products are free Pasteurella, Clostridia, Rumi Noko Syracuse, acetonitrile tumefaciens, oil cake Te Solarium, butyric Li tumefaciens, oxo bakteo, metadata of labor LE key (Methanosarcina), and Dessel picture Do Coolum (Desulfotomaculum) It can be produced by fermentation using microorganisms from the genus.

모사 이동층 분리Separation of simulated moving bed

모사 이동층(SMB)은 용액으로부터 표적 유기 용질의 흡착 및 탈착을 기본으로 하는 분리 기술이다. 상기 기술은 1950년대에 산업 화학물질을 정제하기 위해 개발되었다. SMB는, 고정층 흡착과 비교하여, 에너지 요구도에 있어서 10배 감소되고, 생성물 처리량에 있어서 이의 5배 증가함으로 인해 채택되었다. SMB 개발은 유사한 비등점 및/또는 공비 특성(예를 들면, SorbexTM및 MXTM방법들)을 지닌 유기 성분의 분리를 위해 UOP에 의해 가속화되었다. 흡착제 특성의 최적화는, SMB가 수성 발효 브로스 용액들로부터 유기 발효 생성물을 추출하는데 사용되는 것을 가능하게 하며, 이때 상기 유기 성분은 물에 대해 높은 친화성을 갖는다는 것이 발견되었다.The simulated moving bed (SMB) is a separation technique based on adsorption and desorption of target organic solutes from a solution. The technology was developed in the 1950s to purify industrial chemicals. SMB was adopted due to a 10-fold reduction in energy demand and a 5-fold increase in product throughput compared to fixed bed adsorption. SMB development was accelerated by UOP for the separation of organic components with similar boiling and / or azeotropic properties (eg, Sorbex and MX methods). Optimization of adsorbent properties enables SMB to be used to extract organic fermentation products from aqueous fermentation broth solutions, where it has been found that the organic component has a high affinity for water.

SMB는 브로스의 연속 스트림을 다중-포트 밸브 또는 회전 밸브 유체 조절의 사용에 의해 층을 통해 브로스의 연속 스트림을 순환 및 재순환시키면서, 흡착제 층을 함유하는 2개 이상의 칼럼들을 고정시킴으로써 연속적으로 운행한다. 용출이 연속적인 칼럼들의 총합에 걸쳐, 목적한 순도에서 목적한 생성물(들)을 추출하는데 충분하지 않는 경우, 스트림은, 원하는 추출이 달성될 때까지 추가의 횟수로 칼럼을 통하여 전달되도록 지시될 수 있다. 따라서, 브로스 스트림을 재-지시하기 위한 밸브의 충분히 고려된 시간조절 스위칭(switching)은 흡착층의 이동을 시뮬레이팅한다. 브로스의 잔여 부분(주로 물 및 염을 포함)은 라피네이트로 명명되며, 폐기를 위하여 제거되거나 재순환될 수 있다.The SMB runs continuously by circulating and recirculating the continuous stream of broth through the bed by the use of multi-port valve or rotary valve fluid control, while fixing the two or more columns containing the adsorbent bed. If elution is not sufficient to extract the desired product (s) at the desired purity, over the sum of successive columns, the stream can be directed to be delivered through the column an additional number of times until the desired extraction is achieved. have. Thus, a fully considered timed switching of the valve to re-direct the broth stream simulates the movement of the adsorption bed. The remainder of the broth (mainly including water and salt) is called raffinate and can be removed or recycled for disposal.

SMB의 다중-전달 접근은, 예컨대 키랄 약제들의 분리에서 화합물들 사이의 친화성이 높은 경우, 유용성을 갖는다.The multi-delivery approach of SMB is useful, for example when the affinity between compounds is high in the separation of chiral agents.

SMB 공정은 3개의 주요 단계들로 구성되는데, 이는:The SMB process consists of three main steps, which are:

흡착 단계 - 공급 용액을 흡착제 상에서 전달하여 유기 생성물을 표면 상에 흡착시킨다. 산출되는 라피네이트는 시스템으로부터 제거한다.Adsorption step-the feed solution is transferred on an adsorbent to adsorb the organic product onto the surface. The resulting raffinate is removed from the system.

탈착 단계 - 탈착제 용매를 흡착제 상에서 전달하여, 표면으로부터 유기 생성물을 추출하고, 수득된 용액은 분리를 위해 전형적으로 증류를 통해 제거한다. Desorption step-the desorbent solvent is transferred onto the adsorbent to extract the organic product from the surface, and the resulting solution is typically removed by distillation for separation.

재생 단계 - 흡착제는 모든 잔여 탈착제를, 흡착 전에 스팀 스트리핑을 통해, 또는 라피네이트를 지닌 시스템으로 수행하는 경우 흡착 단계와 함께 제거한다. 농축된 스트리핑 용액 또는 탈착제를 함유하는 라피네이트를 증류시켜 추출된 탈착제를 회수하며, 이를 상기 공정으로 되돌린다.Regeneration Step-The adsorbent is removed with all residual desorbent, either prior to adsorption via steam stripping, or with the adsorption step if performed with a system with raffinate. The extracted stripping agent is recovered by distilling the concentrated stripping solution or the raffinate containing the stripping agent, which is returned to the above process.

정류 단계(rectification stage)는 흡착 단계와 탈착 단계 사이에서 제공될 수 있다. 정류 단계 동안에, 흡착제 상의 생성물의 적어도 일부는 흡착 칼럼의 표면 아래로 이동하여 칼럼의 하단에 수집될 것이다. 이는 탈착 단계에서 보다 낮은 탈착제 사용을 가능하게 한다.A rectification stage can be provided between the adsorption step and the desorption step. During the rectification step, at least a portion of the product on the adsorbent will move below the surface of the adsorption column and collect at the bottom of the column. This allows the use of lower desorbents in the desorption step.

상기 분야의 숙련가에게 인지될 것과 같이, 본원에 언급된 모사 이동층 모듈은 다수의 상이한 SMB 설계를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 시스템 내로 통합하기에 적합할 수 있는 예시적인 SMB 모듈 설계는 예를 들면, 이의 전문이 본원에 참조로 포함된 US 3268605, US3706812, US5705061 및 US6004518에 기술되어 있다. 당해 분야의 숙련가가 알수 있을 것인 추가적인 장치는 또한 SMB 모듈내로 통합되어 유동 분포(flow distribution)(예를 들면, US6979402에 기술된 장치)를 보조하거나 다른 이점을 제공할 수 있다.As will be appreciated by those skilled in the art, the simulated mobile bed module mentioned herein may include a number of different SMB designs. Exemplary SMB module designs that may be suitable for integration into the methods and systems of the present invention are described, for example, in US 3268605, US3706812, US5705061 and US6004518, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Additional devices, as would be appreciated by those skilled in the art, may also be incorporated into an SMB module to aid flow distribution (eg, devices described in US6979402) or provide other benefits.

모사 이동층 시스템이 여기에 언급되어 있지만, 본 발명은 또한 동일한 이동층 개념에 의존하는 US6979402 B1에 기술된 것과 같은 실제 이동층 시스템과 커플링된 발효의 사용을 포괄하는 것으로 의도된다.Although a simulated mobile bed system is mentioned herein, the present invention is also intended to cover the use of fermentation coupled with an actual mobile bed system as described in US6979402 B1, which relies on the same mobile bed concept.

발효Fermentation

본 발명의 특정 구현예들을 채택하여 하나 이상의 산업적 공정에 의해 생성된 기체 스트림을 사용한다. 이러한 공정들은 철강 제조 공정, 특히 CO 함량이 높거나 CO 함량이 소정의 수준(예를 들면, 5%) 이상인 기체 스트림을 생성하는 공정을 포함한다. 이러한 구현예들에 따라서, 초산생성 박테리아가 바람직하게 사용되어 산 및/또는 알코올, 특히 에탄올 또는 부탄올을 하나 이상의 생물 반응기에서 생성한다. 당해 분야의 숙련가는, 본 발명이 다양한 산업 또는 폐기물 기체 스트림들에 적용될 수 있으며, 상기가 포함된 내부 연소 장치가 장착된 차량들에도 적용될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 당해 분야의 숙련가는 본 기재 내용을 즉각 고려하여, 본 발명이 동일하거나 상이한 미생물들을 사용하는 것들을 포함하는 다른 발효 반응들에 적용될 수 있음을 인지할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 기술된 특수 구현예들 및/또는 적용에 제한되지 않고, 그러나 대신 더 넓은 의미에서 이해되며; 예를 들면, 기체 스트림의 공급원 또한, 적어도 그의 성분이 발효 반응을 공급하는데 이용가능 하다는 것 외에는, 제한적이지 않음이 의도된다. 본 발명은 CO를 포함하는 기체 기재들로부터 에탄올 및 다른 알코올의 생성 및/또는 전체 탄소 포획을 개선시키는데 있어 특수한 적용을 갖는다. 기체 기재들로부터 에탄올 및 다른 알코올을 생성하는 공정들은 알려져 있다. 예시적인 공정은 예컨대, WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/064200, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 및 US 5,822,111에 기술된 것들을 포함하며, 이들 문헌 각각은 본원에 참조로 포함된다.Adopting certain embodiments of the present invention uses gas streams produced by one or more industrial processes. These processes include steel fabrication processes, particularly those that produce a gas stream with a high CO content or a CO content above a certain level (e.g., 5%). According to these embodiments, acetogenic bacteria are preferably used to produce acids and / or alcohols, especially ethanol or butanol, in one or more bioreactors. Those skilled in the art will recognize that the present invention can be applied to a variety of industrial or waste gas streams, and also to vehicles equipped with the above-described internal combustion device. In addition, those skilled in the art will immediately recognize the present disclosure and recognize that the present invention can be applied to other fermentation reactions, including those using the same or different microorganisms. Accordingly, the scope of the invention is not limited to the specific embodiments and / or applications described, but is instead understood in a broader sense; For example, it is intended that the source of the gas stream is also not limiting, except that at least its components are available to feed the fermentation reaction. The present invention has particular application in improving the production and / or overall carbon capture of ethanol and other alcohols from gaseous substrates comprising CO. Processes for producing ethanol and other alcohols from gaseous substrates are known. Exemplary processes include, for example, those described in WO2007 / 117157, WO2008 / 115080, WO2009 / 022925, WO2009 / 064200, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 and US 5,822,111, each of which is incorporated herein by reference. Is included.

다수의 혐기성 박테리아는 CO의 알코올, 디올 및 산으로의 발효를 수행할 수 있으며 본 발명에서 사용하기에 적합한 것으로 알려져 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 이러한 박테리아의 예시들은 클로스트리디움 속, 예를 들면, 클로스트리디움 륭달리이(Clostridium ljungdahlii), 예를 들면, WO 00/68407, EP 117309, 미국 특허 번호 5,173,429, 5,593,886, 및 6,368,819, WO 98/00558 및 WO 02/08438에 기술된 것들, 클로스트리디움 카복시디보란스(Clostridium carboxydivorans)(Liou et al., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: pp 2085-2091), 클로스트리디움 라그스달레이(Clostridium ragsdalei)(WO/2008/028055) 및 클로스트리디움 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)(Abrini et al, Archives of Microbiology 161: pp 345-351)를 포함한다. 다른 적합한 박테리아는 무렐라 속(genus)의 것들, 예를 들면, 무렐라 아종(Moorella sp) HUC22-1(Sakai et al, Biotechnology Letters 29: pp 1607-1612), 및 카복시도테르무스(Carboxydothermus) 속의 것들(Svetlichny, V.A., Sokolova, T.G. et al (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254-260)을 포함한다. 추가의 예는 무렐라 서모아케티카(Moorella thermoacetica), 무렐라 써모오토트로피카(Moorella thermoautotrophica), 루미노코쿠스 프로둑투스(Ruminococcus productus), 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 유박테리움 리모숨(Eubacterium limosum), 부티리박테리움 메틸로트로피쿰(Butyribacterium methylotrophicum), 옥소박터 프페니기이(Oxobacter pfennigii), 메타노사르키나 바케리(Methanosarcina barkeri), 메타노사르키나 아세티보란스(Methanosarcina acetivorans), 데설포토마쿨룸 쿠츠네트소비이(Desulfotomaculum kuznetsovii)(Simpa et. al. Critical Reviews in Biotechnology, 2006 Vol. 26. Pp41-65)를 포함한다. 또한, 다른 초산생성 혐기성 박테리아도 상기 분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이 본 발명에 적용될 수 있음이 이해될 수 있다. 본 발명은 2개 이상의 박테리아의 혼합된 배양물에 적용될 수 있음이 또한 인식될 것이다.Many anaerobic bacteria are capable of fermenting CO into alcohols, diols and acids and are known to be suitable for use in the present invention. Examples of such bacteria suitable for use in the present invention are of the genus Clostridium, such as Clostridium ljungdahlii, e.g. WO 00/68407, EP 117309, U.S. Pat.Nos. 5,173,429, 5,593,886, And 6,368,819, WO 98/00558 and WO 02/08438, Clostridium carboxydivorans (Liou et al., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: pp 2085-2091), Clostri comprises: (pp 345-351 et al Abrini, Archives of Microbiology 161) Stadium ln seudal ray (Clostridium ragsdalei) (WO / 2008 /028055) and Clostridium auto Gaetano genum (Clostridium autoethanogenum) on. Other suitable bacteria are those of the genus Murella , such as Moorella sp HUC22-1 (Sakai et al, Biotechnology Letters 29: pp 1607-1612), and Carboxydothermus Genus Svetlichny, VA, Sokolova, TG et al (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254-260. Additional examples include Moorella thermoacetica , Moorella thermoautotrophica , Ruminococcus productus , Acetobacterium woodii , Eubacterium limo breath (Eubacterium limosum), butynyl Li tumefaciens methyl trophy glutamicum (Butyribacterium methylotrophicum), oxo bakteo program penny Kii (Oxobacter pfennigii), meta labor LE key bar Kerry (Methanosarcina barkeri), meta labor LE key acetoxy TiVo lance (Methanosarcina acetivorans ), Desulfotomaculum kuznetsovii (Simpa et. Al. Critical Reviews in Biotechnology, 2006 Vol. 26.Pp41-65). It can also be understood that other acetogenic anaerobic bacteria can be applied to the present invention as understood by those skilled in the art. It will also be appreciated that the present invention can be applied to a mixed culture of two or more bacteria.

본 발명에 사용하기에 적합한 하나의 예시적인 미생물은 클로스트리디움 오토에타노게눔이다. 일 양태에서, 클로스트리디움 오토에타노게눔은 독일 기탁기관(German Resource Centre for Biological Material: DSMZ)에 확인 기탁 번호 제19630호로 기탁된 균주의 식별 특성을 갖는 클로스트리디움 오토에타노게눔이다. 다른 구현예에서, 클로스트리디움 오토에타노게눔은 DSMZ 기탁 번호 DSMZ 제10061호 또는 DSMZ 제23693호의 식별 특성을 갖는다. 상기 박테리아의 실험실 균주는 LZ1561로 알려져 있다.One exemplary microorganism suitable for use in the present invention is Clostridium autoethanogenum. In one embodiment, Clostridium autoethanogenum is Clostridium autoethanogenum with the identification characteristics of strains deposited with identification deposit number 19630 to the German Resource Center for Biological Material (DSMZ). In another embodiment, Clostridium autoethanogenum has the identifying properties of DSMZ Accession No. DSMZ 10061 or DSMZ 23693. The laboratory strain of this bacterium is known as LZ1561.

일 구현예에서, 미생물은 일산화탄소영양 초산생성 박테리아의 그룹 중에서 선택된다. 특정 구현예들에서, 미생물은 클로스트리디움 오토에타노게눔, 클로스트리디움 륭달리이, 클로스트리디움 라그스달레이(Clostridium ragsdalei), 클로스트리디움 카복시디보란스, 클로스트리디움 드라케이(Clostridium drakei), 클로스트리디움 스칼톨로게네스(Clostridium scatologenes), 클로스트리디움 코스카티이(Clostridium coskatii), 부티리박테리움 리모숨(Butyribacterium limosum), 부티리박테리움 메틸로트로피쿰(Butyribacterium methylotrophicum), 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 알칼리박쿨룸 박키이(Alkalibaculum bacchii), 블라우티아 브로둑타(Blautia producta), 유박테리움 리모숨(Eubacterium limosum), 무렐라 서모아세티카(Moorella thermoacetica), 무렐라 서마우토트로피카(Moorella thermautotrophica), 옥소박터 프펜니기이(Oxobacter pfennigii), 및 서모안에어로박터 키우비(Thermoanaerobacter kiuvi)를 포함하는 그룹 중에서 선택된다.In one embodiment, the microorganism is selected from the group of carbon monoxide nutrient acetogenic bacteria. In certain embodiments, the microorganism is Clostridium autoethanogenum , Clostridium ragdalii , Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxydiborans , Clostridium drakei , Clostridium scatologenes , Clostridium coskatii , Butyribacterium limosum , Butyribacterium methylotrophicum , Acetobacterium Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii , Blautia producta , Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica , Moorela thermoacetica Moorella thermautotrophica , Oxobacter pfennigii , and Thermoan aerobacter kibi ( Thermo anaerobacter kiuvi ).

일 특수 구현예에서, 미생물은 씨. 오토에타노게눔(C. autoethanogenum), 씨. 륭달리이(C. ljungdahlii) 및 씨. 라그스달레이(C. ragsdalei) 및 관련 분리체를 포함하는 에탄올생성물성, 아세톤생성 클로스트리디아의 집단으로부터 선택된다. 이들은 하기 균주들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다:In one particular embodiment, the microorganism is seed. C. autoethanogenum , C. C. ljungdahlii and C. Ethanol-producing, acetone-producing Clostridia , including Rasdalei and related isolates. These include, but are not limited to, the following strains:

씨. 오토에타노게눔 JAI-1T(DSM10061)[Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351], 씨. 오토에타노게눔 LBS1560(DSM19630)[Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Rowe MJ, Warner IL: Novel bacteria and methods thereof. 국제 특허 2009, WO/2009/064200], 씨. 오토에타노게눔 LBS1561(DSM23693), 씨. 륭달리이 PETCT(DSM13528 = ATCC 55383)[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236], 씨. 륭달리이 ERI-2(ATCC 55380)[Gaddy JL: Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases. 미국 특허 1997, 5,593,886], 씨. 륭달리이 C-01(ATCC 55988)[Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. 미국 특허, 2002, 6,368,819], 씨. 륭달리이 O-52(ATCC 55989)[Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. 미국 특허, 2002, 6,368,819], 씨. 라그달레이(C. ragsdalei) P11T(ATCC BAA-622)[Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. 국제 특허 2008, WO 2008/028055], "씨. 코스카티이(C. coskatii)"와 같은 관련 분리체[Zahn et al - Novel ethanologenic species Clostridium coskatii (US 특허 출원 번호 US20110229947)], 또는 씨. 륜가들리이 OTA-1(Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina State University, 2010)와 같은 돌연변이된 균주. 이러한 균주들은 클로스트리디움 rRNA 클러스터 I 내의 하부-클러스터를 형성하며, 이들의 16S rRNA 유전자는, 유사하게 약 30%의 낮은 GC 함량으로 99% 이상의 상동성을 가진다. 그러나, DNA-DNA 재연합 및 DNA 핑거프린팅 실험(fingerprinting experiment)은, 이러한 균주들이 개별 종들에 속함을 보여준다[Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055].Seed. Autoethanogenum JAI-1 T (DSM10061) [Abrini J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum , sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351], c. Autoethanogenum LBS1560 (DSM19630) [Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Rowe MJ, Warner IL: Novel bacteria and methods thereof. International Patent 2009, WO / 2009/064200], C. Autoethanogenum LBS1561 (DSM23693), C. Lungdali PETC T (DSM13528 = ATCC 55383) [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236]. Lung Dali ERI-2 (ATCC 55380) [Gaddy JL: Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases. U.S. Patent 1997, 5,593,886], MR. Gung Dali C-01 (ATCC 55988) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko CW: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. U.S. Patent, 2002, 6,368,819], c. Lung Dali O-52 (ATCC 55989) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko CW: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. U.S. Patent, 2002, 6,368,819], c. C. ragsdalei P11 T (ATCC BAA-622) [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055], related isolates such as "C. coskatii " [Zahn et al -Novel ethanologenic species Clostridium coskatii (US Patent Application No. US20110229947)], or Seed. Mutant strains such as Tyrando-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii.PhD thesis, North Carolina State University, 2010. These strains form sub-clusters in Clostridium rRNA cluster I, and their 16S rRNA gene similarly has a homogeneity of 99% or more with a low GC content of about 30%. However, DNA-DNA reassociation and DNA fingerprinting experiments show that these strains belong to individual species [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055].

상기 집단의 모든 종은 유사한 형태 및 크기를 가지며(대수 성장 세포(logarithmic growing cell)들은 0.5 내지 0.7 x 3 내지 5 im 이다), 중온성(mesophilic)(최적 성장 온도는 30 내지 37℃)이고 엄격하게 혐기성이다[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. 국제 특허 2008, WO 2008/028055]. 더욱이, 이들은 모두 동일한 pH 범위(pH 4 내지 7.5, 최적의 초기 pH는 5.5 내지 6이다), CO를 함유하는 기체 상에서 유사한 성장률로 강력한 자가영양적 성장, 및 주요 발효 최종 생성물로서 에탄올 및 아세트산, 및 특정 조건하에서 형성된 소량의 2,3-부탄디올 및 락트산과 유사한 대사 프로파일과 같은 동일한 주요 계통발생론적 특성을 공유한다[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. 국제 특허 2008, WO 2008/028055]. 인돌(indole) 생성 또한 모든 3개의 종들에서 관찰되었다. 그러나, 상기 종들은 각종 당(예를 들면, 람노즈, 아라비노즈), 산(예를 들면, 글루코네이트, 시트레이트), 아미노산(예를 들면, 아르기닌, 히스티딘), 또는 다른 기재(예를 들면, 베타인, 부탄올)의 기재 용도에 있어서 차별화된다. 더욱이, 상기 종들 중 일부는, 다른 것들은 그렇지 않았지만, 특정의 비타민(예를 들면, 티아민, 바이오틴)에 대해 영양요구체인 것으로 밝혀졌다.All species in this population have a similar shape and size (logarithmic growing cells are 0.5 to 0.7 x 3 to 5 im), mesophilic (optimal growth temperature is 30 to 37 ° C) and stringent. It is very anaerobic [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum , sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055]. Moreover, they are all in the same pH range (pH 4 to 7.5, optimal initial pH is 5.5 to 6), strong autotrophic growth with similar growth rates in the gas phase containing CO, and ethanol and acetic acid as the main fermentation end products, and It shares the same major phylogenetic properties as metabolic profiles similar to small amounts of 2,3-butanediol and lactic acid formed under certain conditions [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum , sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055]. Indole production was also observed in all three species. However, the species may include various sugars (e.g. rhamnose, arabinose), acids (e.g. gluconate, citrate), amino acids (e.g. arginine, histidine), or other substrates (e.g. , Betaine, butanol). Moreover, some of these species have been found to be nutritional requirements for certain vitamins (eg, thiamin, biotin), while others are not.

본 발명의 방법들에 사용된 박테리아의 배양은 혐기성 박테리아을 사용하여 기재를 배양하고 발효시키기 위해 상기 분야에 알려진 특정한 수의 공정들을 사용하여 수행할 수 있다. 예로서, 발효를 위한 기체 기재를 사용하여 다음의 문헌에 일반적으로 기술된 이들 공정을 이용할 수 있다: (i) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations resources. Conservation and Recycling, 5; 145-165; (ii) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605-614; (iii) K. T. Klasson, et al. (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14; 602-608; (iv) J. L. Vega, et al. (1989). Study of Gaseous Substrate Fermentation: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Biotech. Bioeng. 34. 6. 785-793; (v) J. L. Vega, et al. (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774-784; (vi) J. L. Vega, et al. (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3. 149-160; 이들 문헌 모두는 본원에 참조로 포함되어 있다.Cultivation of bacteria used in the methods of the present invention can be performed using a specific number of processes known in the art for culturing and fermenting substrates using anaerobic bacteria. By way of example, using gas substrates for fermentation, these processes generally described in the following documents can be used: (i) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations resources. Conservation and Recycling, 5; 145-165; (ii) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605-614; (iii) K. T. Klasson, et al. (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14; 602-608; (iv) J. L. Vega, et al. (1989). Study of Gaseous Substrate Fermentation: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Biotech. Bioeng. 34. 6. 785-793; (v) J. L. Vega, et al. (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774-784; (vi) J. L. Vega, et al. (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3. 149-160; All of these documents are incorporated herein by reference.

발효는 하나 이상의 연속 교반된 탱크 반응기(CSTR), 고정된 세포 반응기(들), 기체-리프트 반응기(gas-lift reactor)(들), 버블 칼럼 반응기(들)(BCR), 막 반응기, 예를 들면, 중공 섬유 막 생물 반응기(Hollow Fibre Membrane Bioreactor: HFMBR) 또는 트리클 층 반응기(들)(trickle bed reactor(s): TBR)와 같은 어떠한 적합한 생물 반응기에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 일부 구현예에서, 생물 반응기(들)은 미생물들이 배양되는 제1 성장 반응기를 포함할 수 있으며, 상기 성장 반응기로부터의 발효 브로스가 공급되고 대부분의 발효 생성물이 생성되는 제2의 발효 반응기를 포함할 수 있다. 특수한 구현예들에서, 상기 제2 생물 반응기는 제1의 생물 반응기와는 상이하다.Fermentation may include one or more continuously stirred tank reactors (CSTR), fixed cell reactor (s), gas-lift reactor (s), bubble column reactor (s) (BCR), membrane reactors, e.g. For example, it can be carried out in any suitable bioreactor such as a hollow fiber membrane bioreactor (HFMBR) or trickle bed reactor (s): TBR. Further, in some embodiments of the present invention, the bioreactor (s) may include a first growth reactor in which microorganisms are cultured, a second from which the fermentation broth from the growth reactor is supplied and most of the fermentation product is produced. And a fermentation reactor. In particular embodiments, the second bioreactor is different from the first bioreactor.

본 발명의 각종 구현예에 따라서, 발효 반응을 위한 탄소원은 CO를 함유하는 기체 기재이다. 기재는 산업 공정의 부산물로서, 또는 자동차 매연으로부터와 같은 다른 공급원으로부터 산출된 CO를 함유하는 폐기물 기체일 수 있다. 특정 구현예들에서, 산업 공정은 제강소와 같은 철 금속 생성물 제조, 비-철 생성물 제조, 석유 정제 공정, 석탄의 기체화, 전기력 생성, 카본 블랙 생성, 암모니아 생성, 메탄올 생성 및 코크스 제조와 같은 철 금속 생성물 제조로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 이들 구현예에서, CO를 함유하는 기재는, 이것이 임의의 편리한 방법을 사용하여 대기로 방사되기 전에 산업 공정으로부터 포획될 수 있다. CO를 함유하는 기재의 조성에 따라서, 이를 발효로 도입시키기 전에 이를 처리하여 먼지 입자들과 같은 임의의 원하지 않은 불순물을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기체 기재는 알려진 방법들을 사용하여 여과되거나 세정될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the carbon source for the fermentation reaction is a gas base containing CO. The substrate can be a waste gas containing CO produced as a by-product of an industrial process, or from other sources, such as from automobile fumes. In certain embodiments, the industrial process may include iron metal products such as steel mills, non-ferrous product manufacturing, petroleum refining processes, gasification of coal, electrical power generation, carbon black generation, ammonia generation, methanol generation and coke production. Metal products. In these embodiments, the substrate containing CO can be captured from industrial processes before it is released into the atmosphere using any convenient method. Depending on the composition of the substrate containing CO, it may be desirable to treat it before introducing it into fermentation to remove any unwanted impurities such as dust particles. For example, the gaseous substrate can be filtered or cleaned using known methods.

대안적으로, CO를 함유하는 기재는 바이오매스의 기체화로부터 공급될 수 있다. 기체화 공정은 공기 또는 산소의 제한된 공급에서, 바이오매스의 부분 연소를 포함한다. 산출되는 기체는 전형적으로 주로 CO 및 H2와, 최소 용적의 CO2, 메탄, 에틸렌 및 에탄을 포함한다. 예를 들어, 사탕수수로부터의 당, 또는 옥수수 또는 곡물로부터의 전분, 식품의 추출 및 가공 동안 산출된 바이오매스 부산물, 또는 임업으로 생성된 비-식품 바이오매스 폐기물을 기체화하여 본 발명에서 사용하기에 적합한 CO를 함유하는 기체를 생성할 수 있다.Alternatively, the substrate containing CO can be supplied from the gasification of biomass. The gasification process involves partial combustion of biomass, with a limited supply of air or oxygen. The resulting gas typically contains mainly CO and H 2 and a minimum volume of CO 2 , methane, ethylene and ethane. For example, sugars from sugar cane, or starch from corn or grains, biomass byproducts produced during the extraction and processing of food, or non-food biomass waste produced by forestry can be gasified for use in the present invention. It is possible to produce a gas containing CO suitable for.

CO를 함유하는 기재는 대부분의 비율의 CO, 예를 들면, 적어도 약 15 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 20 용적% CO 내지 100 용적% CO, 예를 들면, 43 용적% CO 내지 95 용적% CO, 예를 들면, 75 용적% CO 내지 95 용적% CO, 또는 80 용적% 내지 90 용적% CO를 전형적으로 함유할 것이다. 하나의 특수한 구현예에서, 기체 기재는 약 95% CO를 포함한다. 기재가 또한 CO2 및 H2를 함유하는 경우에, 6%와 같은 보다 낮은 CO 수준이 고려될 수 있다. 다른 구현예들에서, 기재 스트림은 2% 내지 13%의 H2 농도를 포함한다.Substrates containing CO are in most proportions of CO, for example at least about 15% by volume CO to 100% by volume CO, for example 20% by volume CO to 100% by volume CO, for example 43% by volume CO To 95 vol% CO, for example, 75 vol% CO to 95 vol% CO, or 80 vol% to 90 vol% CO. In one particular embodiment, the gaseous substrate comprises about 95% CO. If the substrate also contains CO 2 and H 2 , lower CO levels, such as 6%, can be considered. In other embodiments, the substrate stream comprises a 2% to 13% H 2 concentration.

기재가 임의의 수소를 함유하는 것이 필수적이지는 않더라도, H2의 존재는 본 발명의 방법들에 따른 생성물 형성에 유해하지 않아야 한다. 특수한 구현예들에서, 수소의 존재는 결과적으로, 개선된 전체 알코올 생성 효율을 초래한다. 예를 들어, 특수한 구현예들에서, 기재는 약 2:1, 또는 1:1, 또는 1:2 비율의 H2:CO를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 기재 스트림은 2% 내지 13%의 H2 농도를 포함한다. 다른 구현예에서, 기재 스트림은 저(low) 농도의 H2, 예를 들면, 5% 미만, 또는 4% 미만, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만, 또는 1% 미만을 포함하거나, 실질적으로 수소를 포함하지 않는다. 기재는 또한 예를 들면, 약 1 용적% 내지 약 80 용적%의 CO2, 또는 1 용적% 내지 약 30 용적%의 CO2와 같은, 일부 CO2를 함유할 수 있다. 특수한 구현예에서, 기재 스트림은 CO2를 포함하며 CO는 최소한으로 포함하거나 포함하지 않는다.Although it is not necessary for the substrate to contain any hydrogen, the presence of H 2 should not be detrimental to product formation according to the methods of the present invention. In particular embodiments, the presence of hydrogen results in improved overall alcohol production efficiency. For example, in particular embodiments, the substrate may include H 2 : CO in a ratio of about 2: 1, or 1: 1, or 1: 2. In other embodiments, the substrate stream comprises a 2% to 13% H 2 concentration. In other embodiments, the substrate stream comprises, or substantially comprises, a low concentration of H 2 , for example, less than 5%, or less than 4%, or less than 3%, or less than 2%, or less than 1%. Does not contain hydrogen. The substrate may also contain some CO 2 , such as, for example, about 1% by volume to about 80% by volume of CO 2 , or 1% by volume to about 30% by volume of CO 2 . In a particular embodiment, the substrate stream contains CO 2 and minimal or no CO.

전형적으로, 일산화탄소는 발효 반응에 기체 상태로 부가될 것이다. 그러나, 본 발명의 방법은 상기 상태의 물질 부가에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일산화탄소는 액체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 액체는 일산화탄소 함유 기체로 포화될 수 있거나 이러한 액체가 생물 반응기에 부가될 수 있다. 이는 표준 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 예로서, 미세버블 분산 생성기(microbubble dispersion generator)(Hensirisak et. al. Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101, Number 3 / October, 2002)를 상기 목적을 위해 사용할 수 있다.Typically, carbon monoxide will be added in the gas phase to the fermentation reaction. However, the method of the present invention is not limited to the addition of the substance in this state. For example, carbon monoxide can be provided as a liquid. For example, the liquid may be saturated with a carbon monoxide-containing gas or such liquid may be added to the bioreactor. This can be achieved using standard methods. As an example, a microbubble dispersion generator (Hensirisak et.al. Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101, Number 3 / October, 2002 ) can be used for this purpose. have.

박테리아의 성장 및 CO-대-생성물 발효가 일어나도록 하기 위해, CO를 함유하는 기재 기체 외에, 적합한 액체 영양 배지를 생물 반응기에 공급할 필요가 있을 것임이 인지될 것이다. 영양 배지는 사용된 미생물의 성장을 허용하기에 충분한 비타민들 및 무기질을 함유할 것이다. 단독 탄소원으로서 CO를 사용한 에탄올의 발효에 적절한 혐기성 배지는 당해 분야에 알려져 있다. 예를 들어, 적절한 배지는 상기 언급된 미국 특허 번호 5,173,429 및 5,593,886 및 WO 02/08438, WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/058028, WO2009/064200, WO2009/064201 및 WO2009/113878에 기술되어 있다.It will be appreciated that in order for bacterial growth and CO-to-product fermentation to occur, it will be necessary to supply a suitable liquid nutrient medium to the bioreactor in addition to the base gas containing CO. The nutrient medium will contain enough vitamins and minerals to allow the growth of the microorganisms used. Anaerobic media suitable for fermentation of ethanol using CO as the sole carbon source are known in the art. For example, suitable media can be found in the aforementioned U.S. Patent Nos. 5,173,429 and 5,593,886 and WO 02/08438, WO2007 / 117157, WO2008 / 115080, WO2009 / 022925, WO2009 / 058028, WO2009 / 064200, WO2009 / 064201 and WO2009 / 113878 It is described.

발효는 바람직한 발효를 발생시키기에 적절한 조건하에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다(예를 들면, 미생물 성장 및/또는 에탄올 생성). 고려될 수 있는 반응 조건은 압력, 온도, 기체 유동 속도, 액체 유동 속도, 배지 pH, 배지 산화환원 전위(media redox potential), 응집 속도(연속식 교반 탱크 반응기를 사용하는 경우), 접종물 수준, 액체 상 속의 CO가 제한되지 않도록 보장하는 최대 기체 기재 농도, 및 생성물 억제를 피하기 위한 최대 생성물 농도를 포함한다. 적합한 조건은 WO02/08438, WO07/117157, WO08/115080 및 WO2009/022925에 기술되어 있다.It may be desirable to perform the fermentation under conditions suitable to produce the desired fermentation (eg, microbial growth and / or ethanol production). Reaction conditions that can be considered include pressure, temperature, gas flow rate, liquid flow rate, medium pH, medium redox potential, aggregation rate (when using a continuous stirred tank reactor), inoculum level, Maximum gas base concentration to ensure that CO in the liquid phase is not limited, and maximum product concentration to avoid product inhibition. Suitable conditions are described in WO02 / 08438, WO07 / 117157, WO08 / 115080 and WO2009 / 022925.

본 발명은 추가의 조절 수단 및 처리 수단을 사용한 시스템 또는 방법을 포함함으로써 배지 공급 속도, 액체 보유 시간 및 기재 공급 속도를 포함하는 파라미터들이 본 기재내용 및 상기 분야에 알려진 방법, 예를 들면, 본원에 완전히 참조로 포함된 WO2010/093262에 기술된 방법에 따라 조절될 수 있음이 고려된다.The present invention includes systems or methods using additional control means and processing means such that parameters including media feed rate, liquid retention time and substrate feed rate are described herein and in methods known in the art, such as herein. It is contemplated that it may be adjusted according to the method described in WO2010 / 093262, which is incorporated by reference in its entirety.

최적 반응 조건은 사용된 특수 미생물에 부분적으로 의존할 것이다. 그러나, 일반적으로, 발효를 주위압보다 높은 압력에서 수행하는 것이 바람직하다. 상승된 압력에서의 운행(operation)은 기체상으로부터 액체상으로의 CO 전달 속도를 증가시키며, 여기서 이는 에탄올 생성을 위한 탄소원으로서 미생물에 의해 수행될 수 있다. 이는 궁극적으로, 보유 시간(투입 기체 유동 속도로 나눈 생물 반응기내 액체 용적으로 정의됨)이, 생물 반응기를 주위압보다 다소 상승된 압력에서 유지하는 경우, 감소될 수 있음을 의미한다.Optimal reaction conditions will depend in part on the particular microorganism used. However, in general, it is preferable to perform fermentation at a pressure higher than ambient pressure. Operation at elevated pressures increases the rate of CO transfer from the gas phase to the liquid phase, where it can be performed by microorganisms as a carbon source for ethanol production. This ultimately means that the retention time (defined as the liquid volume in the bioreactor divided by the input gas flow rate) can be reduced if the bioreactor is maintained at a pressure slightly above ambient pressure.

또한, 제공된 CO-대-에탄올 전환 속도는 부분적으로 기재 보유 시간(substrate retention time)의 함수이며, 최종적으로 원하는 보유 시간을 차례로 달성하는 것은 생물 반응기의 요구된 용적을 나타내므로, 가압된 시스템의 사용은 요구되는 생물 반응기의 용적을 크게 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 발효 장치의 자본 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 미국 특허 번호 5,593,886에 제공된 실시예에 따라서, 반응기 용적은 반응기 운행압에 있어서 증가에 대해 선형 비례로 감소될 수 있는데, 즉, 10 대기압에서 운행한 생물 반응기는 1 대기압에서 운행된 것의 용적의 단지 1/10만 필요로 한다.In addition, the provided CO-to-ethanol conversion rate is partly a function of substrate retention time, and finally achieving the desired retention time in turn represents the required volume of the bioreactor, so the use of a pressurized system Can significantly reduce the volume of the bioreactor required, and consequently the capital cost of the fermentation apparatus. According to the embodiment provided in U.S. Patent No. 5,593,886, the reactor volume can be reduced in a linear proportion to the increase in reactor operating pressure, i.e., a bioreactor running at 10 atmospheres is only 1 of the volume operating at 1 atmosphere. Only / 10 is required.

승압에서 기체-대-에탄올 발효를 수행하는 이점이 또한 기술되어 왔다. 예를 들어, WO 02/08438은 30 psig 및 75 psig의 압력 하에 수행된 기체-대-에탄올 발효로, 각각 150 g/l/일 및 369 g/l/일의 에탄올 생산성을 산출함을 기술하고 있다. 그러나, 대기압에서 유사한 배지 및 투입 기체 조성을 사용하여 수행된 예시적인 발효는 10 내지 20배 적은 에탄올/리터/일을 생성하는 것으로 밝혀졌다.The advantage of performing gas-to-ethanol fermentation at elevated pressure has also been described. For example, WO 02/08438 describes a gas-to-ethanol fermentation performed under pressures of 30 psig and 75 psig, yielding ethanol productivity of 150 g / l / day and 369 g / l / day, respectively. have. However, it has been found that exemplary fermentations performed using similar media and input gas composition at atmospheric pressure produce 10-20 times less ethanol / liter / day.

CO를 함유하는 기체 기재의 도입 속도는, 액체 상(phase) 속의 CO의 농도가 제한되지 않도록 하는 것이 또한 바람직하다. 이는, CO-제한된 조건의 결과가, 이러한 아세트산 생성을 증가시키고 에탄올 생성을 감소시킬 수 있기 때문이다.It is also preferred that the rate of introduction of the gaseous base containing CO is such that the concentration of CO in the liquid phase is not limited. This is because the result of CO-limited conditions can increase this acetic acid production and reduce ethanol production.

실시예 Example

표 1. 배지 조성Table 1. Medium composition

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표 2. 미량 금속 용액Table 2. Trace metal solutions

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표 3. 비타민 용액Table 3. Vitamin solutions

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실시예 1 - 발효 생성물의 회수를 위한 발효Example 1-Fermentation for recovery of fermentation products

배지를 표 1 내지 3에 기술된 조성에 따라 부가된 레사주린 1.5 L 및 1.5 ml의 용적으로 제조하였다. 용액을 가열하고 N2로 탈기시키면서 교반하였다. ANa2S 드립(drip)을 0.1 ml/hr의 속도에서 시작하고 생물 반응기의 온도를 37℃로 설정하였다. pH를 NH4OH를 사용하여 5.0으로 조절하고 크롬을 가하여 ORP를 -200 mV로 조절하였다. 생물 반응기에 이후에 RMG(43% CO, 20% CO2, 2.5% H2 및 33% N2)를 50 ml/분의 유동 속도로 공급하였다. 용액에 150ml의 활성적으로 성장하는 클로스트리디움 오토에타노게눔 배양물을 접종하였다. 일단 반응기가 연속적이 되면, 세포 재순환을 또한 개시하여 1.38 일-1의 박테리아 희석 속도 및 2.3일-1의 배지 유동 속도를 산출하였다. 운행 동안 교반(rpm) 및 기체 유동(ml/분)을 증가시켜 생성물 농도를 극대화하였다. 발효를 8일 동안 운행시켰다. 표 4는 생물 반응기의 액체 유출시 대사물질 농도을 보여준다. The medium was prepared in volumes of 1.5 L and 1.5 ml of resazurin added according to the compositions described in Tables 1-3. The solution was stirred while heating and degassing with N 2 . ANa 2 S drip was started at a rate of 0.1 ml / hr and the temperature of the bioreactor was set to 37 ° C. The pH was adjusted to 5.0 with NH 4 OH and chromium was added to adjust the ORP to -200 mV. The bioreactor was then fed with RMG (43% CO, 20% CO 2 , 2.5% H 2 and 33% N 2 ) at a flow rate of 50 ml / min. The solution was inoculated with 150 ml of actively growing Clostridium autoethanogenum culture. Once the reactor was continuous, cell recycling was also initiated to yield a bacterial dilution rate of 1.38 days -1 and a media flow rate of 2.3 days -1 . During operation, product concentration was maximized by increasing stirring (rpm) and gas flow (ml / min). Fermentation was run for 8 days. Table 4 shows the concentration of metabolites in the liquid outflow of the bioreactor.

표 4. 유출된 대사물질 농도Table 4. Concentrated metabolite spills

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실시예 2 - Example 2- 발효 브로스로부터 발효 생성물의 회수Recovery of fermentation products from fermentation broth

브로스 스트림의 전-처리Pre-treatment of broth stream

0.1μm의 세라믹 막 교차 유동 여과기(GE Healthcare Life Sciences Xampler Microfiltration Cartridge type)를 사용하여 용액으로부터 고체 바이오매스/박테리아을 제거하였다. 여과 후, 용해성 바이오매스가 용액 속에 잔존하였으며 이는 SMB가 명확하게 기능하도록 하기 위해 최소화하여야만 한다.Solid biomass / bacteria were removed from the solution using a 0.1 μm ceramic membrane cross flow filter (GE Healthcare Life Sciences Xampler Microfiltration Cartridge type). After filtration, soluble biomass remained in solution, which must be minimized in order for SMB to function clearly.

활성탄을 함유하는 19ml의 가드 칼럼(guard column)을 SMB 장치 속에서 테스트하기 전에 공급물로부터 나머지 바이오매스 및 용해성 단백질을 제거하는 이의 능력에 대해 테스트하였다. 용액의 단백질 농도는 BCA 분석을 사용하여 칼럼 전 및 칼럼 후에 측정하고 가드 칼럼 전 및 후에 단백질의 크기 분포를 SDS-PAGE 분석을 사용하여 평가하였다. 가아드 칼럼을 전달시키기 전에, 단백질 농도는 약 1000㎍/ml이었으며 단백질 크기는 200kDa, 70kDa, 40kDa, 30kDa, 및 2kDa 미만인 것으로 밝혀졌다. 가드 칼럼은 용액으로부터 용해성 단백질의 80%가 제거된 것으로 관찰되었으며 나머지 단백질은, 크기가 2kDa 미만인 것으로 밝혀졌다.A 19 ml guard column containing activated carbon was tested for its ability to remove the remaining biomass and soluble proteins from the feed prior to testing in an SMB device. The protein concentration of the solution was measured before and after the column using BCA analysis and the size distribution of the protein before and after the guard column was evaluated using SDS-PAGE analysis. Prior to delivering the guard column, the protein concentration was about 1000 μg / ml and the protein size was found to be less than 200 kDa, 70 kDa, 40 kDa, 30 kDa, and 2 kDa. The guard column was observed to remove 80% of the soluble protein from the solution and the remaining protein was found to be less than 2 kDa in size.

가드 층은 흡착된 4g의 단백질 및, DNA 및 효소와 같은 다른 용해성 바이오매스를 갖는 것으로 측정되었다. 5개 칼럼 용적의 메탄올을 사용하여 흡착제 층으로부터 단백질을 탈착시키고 약 3.7g의 단백질을 층으로부터 제거하였다. 물 역세척(backwash)을 사용하여 DNA가 더 이상 용출물 속에서 관찰되지 않을 때까지 층으로부터 DNA를 탈착시켰다.The guard layer was measured to have 4 g of adsorbed protein and other soluble biomass such as DNA and enzymes. Protein was desorbed from the adsorbent layer using 5 column volumes of methanol and about 3.7 g of protein was removed from the layer. DNA was detached from the layer using water backwash until the DNA was no longer observed in the eluate.

생성물 회수Product recovery

불소처리된 활성탄 고체 상(phase)을 함유하는 8-칼럼 SMB 장치를 용매로서 메탄올과 함께 테스트하여 에탄올, 2,3-부탄디올 및 아세트산을 발효 생성물로부터 분리하고, 앞서 기술된 바와 같이 처리하였다. 상기 공급물은 5% 에탄올, 1% 2,3-부탄디올, 0.8% 아세트산/아세테이트를 함유하였으며 나머지는 발효 공정에 사용된 물, 매질 염 및 금속이었다. HPLC 기술을 사용하여 SMB 장치를 빠져나오는 각각의 스트림의 조성을 측정하였다.An 8-column SMB device containing a fluorinated activated carbon solid phase was tested with methanol as solvent to separate ethanol, 2,3-butanediol and acetic acid from the fermentation product and treated as described above. The feed contained 5% ethanol, 1% 2,3-butanediol, 0.8% acetic acid / acetate and the rest were water, medium salts and metals used in the fermentation process. The composition of each stream exiting the SMB apparatus was determined using HPLC technology.

공급물 용액의 유동 속도는 11 ml/분이었으며 탈착제의 유동 속도는 11 ml/분이었다. 단계 시간은 12분이었고 상기 시스템은 75℃의 온도에서 운행시켰다. 추출물 스트림의 유동 속도를 최적화하여 가장 우수한 품질의 추출물, 즉, 최소 수분 함량을 산출하였다. 공급물로부터 95.7%의 에탄올 및 94.7%의 2,3-부탄디올은 추출물 스트림을 통해 SMB에서 빠져나갔다. 41.7%의 아세트산/아세테이트는 아세트산으로서 상기 추출물을 통해 빠져나갔으며, 이때 상기 공급물로부터의 상기 물의 0.3%는 상기 추출물의 일부였다. 3개의 라피네이트 스트림들(최초 라피네이트, 2차 라피네이트 I 및 2차 라피네이트 II)을 생성하여 최소의 처리로 재순환에 적합한 스트림을 달성하였다. 이들 라피네이트 스트림의 유동 속도를 최적화하여 최소의 대사물질을 함유하는 스트림을 생성하였으며; 상기 최초 라피네이트, 2차 라피네이트 I 및 2차 라피네이트 II 스트림의 최적화된 유동 속도는 각각 5.8ml/분, 7.5ml/분 및 3.3ml/분이었다. 최초 라피네이트 스트림은 4.3%의 공급물 에탄올, 5.3%의 공급물 2,3-부탄디올 및 57.9%의 공급물 물을 함유하였다. 33.3%의 공급물 아세트산/아세테이트가 아세테이트 형태로서 최초 라피에니트 스트림 내에서 발견되었다. 2차 라피네이트 I은 40.7%의 공급물 물을 함유하였고 공급물로부터 아세테이트 형태의 잔여 25%의 아세트산/아세테이트를 함유하였다. 2차 라피네이트 II는 0.1%의 공급물 물을 함유하였다. 41.7%의 탈착제 메탄올은 추출물 스트림 내에서, 30.7%는 2차 라피네이트 I 속에서, 그리고 28.5%는 제2 라피네이트 II 내에서 발견되었다.The flow rate of the feed solution was 11 ml / min and the flow rate of the desorbent was 11 ml / min. The step time was 12 minutes and the system was run at a temperature of 75 ° C. The flow rate of the extract stream was optimized to yield the best quality extract, ie the minimum moisture content. 95.7% ethanol and 94.7% 2,3-butanediol from the feed exited the SMB through the extract stream. 41.7% acetic acid / acetate was passed through the extract as acetic acid, with 0.3% of the water from the feed being part of the extract. Three raffinate streams (first raffinate, second raffinate I and second raffinate II) were generated to achieve a stream suitable for recycling with minimal treatment. The flow rates of these raffinate streams were optimized to produce a stream containing minimal metabolites; The optimized flow rates of the first raffinate, secondary raffinate I and secondary raffinate II streams were 5.8 ml / min, 7.5 ml / min and 3.3 ml / min, respectively. The initial raffinate stream contained 4.3% feed ethanol, 5.3% feed 2,3-butanediol and 57.9% feed water. 33.3% of the feed acetic acid / acetate was found in the initial raffienate stream in acetate form. Secondary raffinate I contained 40.7% feed water and the remaining 25% acetic acid / acetate in the form of acetate from the feed. Secondary raffinate II contained 0.1% feed water. 41.7% desorbent methanol was found in the extract stream, 30.7% in secondary raffinate I and 28.5% in second raffinate II.

pH 조절pH adjustment

아세트산/아세테이트는 이의 형태에 따라 추출 또는 라피네이트 스트림을 통해 SMB를 빠져나갈 수 있으므로, 용액을 SMB로 공급하기 전에 용액의 pH 조절을 통해 이의 방향에 영향을 미치는 것이 가능하다. 약 5의 pH에서, 아세트산보다 아세테이트가 약간 더 존재할 것이다(아세트산의 경우 pKa는 4.74이다). 아세트산이 아세테이트 형태로서 SMB을 빠져나가는 것을 보장하기 위해, 용액의 중화가 요구되며; 용액의 pH를 pH 7 또는 pH 8로 증가시키는 것은 용액 속의 아세트산의 양을 유의적으로 감소시킬 것이다. 중화는 나트륨 히드록시드의 부가를 통해 달성되며, 나트륨 아세테이트를 생성한다. 아세트산이 산 형태로 배출되도록 하기 위하여, pH 2에 근접한 pH로의 산성화가 요구되며, 이는 산의 부가를 통하여 달성할 수 있다.Depending on its form, acetic acid / acetate can escape SMB through an extraction or raffinate stream, so it is possible to influence its orientation through pH adjustment of the solution before feeding the solution to SMB. At a pH of about 5, there will be slightly more acetate than acetic acid (pKa for acetic acid is 4.74). Neutralization of the solution is required to ensure that acetic acid exits the SMB as an acetate form; Increasing the pH of the solution to pH 7 or pH 8 will significantly reduce the amount of acetic acid in the solution. Neutralization is achieved through the addition of sodium hydroxide, producing sodium acetate. In order to allow acetic acid to be released in acid form, acidification to a pH close to pH 2 is required, which can be achieved through the addition of acid.

독자가 본 발명을 과도한 실험없이 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명은 특정한 바람직한 구현예를 참조로 여기에 기술하였다. 당해 분야의 숙련가는, 본 발명이 구체적으로 기술된 것들 외에 변화 및 변형된 것들에 대한 해석 또한 가능함을 인식할 것이다. 본 발명이 모든 이러한 변화 및 변형들을 포함함이 이해되어야 한다. 또한, 표제들, 제목들, 기타 등등은 독자의 상기 서류에 대한 이해를 향상시키기 위해 제공되며 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 판독되어서는 안된다. 상기 및 하기 인용된 모든 특허 출원들, 특허들 및 공보들의 임의의 전체 내용은, 본원에서 참조로 포함된다.In order to enable the reader to practice the invention without undue experimentation, the invention has been described herein with reference to certain preferred embodiments. Those skilled in the art will recognize that the invention is also capable of interpreting variations and modifications other than those specifically described. It should be understood that the present invention includes all such changes and modifications. In addition, headings, headings, etc. are provided to improve the reader's understanding of the document and should not be read as limiting the scope of the invention. All entire contents of all patent applications, patents and publications cited above and below are incorporated herein by reference.

보다 특히, 당해 분야의 숙련가에 의해 인식될 바와 같이, 본 발명의 구현예의 실행은 하나 이상의 추가적인 요소들을 포함할 수 있다. 다양한 양태에서, 본 발명을 이해하기 위해 필수적인 성분들만 특수 실시예 또는 기재 내용에서 보여질 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 기술된 구현예들로 한정되지 않으며, 하나 이상의 추가의 단계, 및/또는 하나 이상의 치환된 단계, 및/또는 시스템들, 및/또는 하나 이상의 단계를 누락한 방법들을 포함하는 시스템 및/또는 방법을 포함한다.More particularly, as will be appreciated by those skilled in the art, the implementation of an embodiment of the invention can include one or more additional elements. In various aspects, only those components essential to understanding the present invention may be shown in specific examples or descriptions. However, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and includes one or more additional steps, and / or one or more substituted steps, and / or systems, and / or methods missing one or more steps. System and / or method.

본 명세서에서 임의의 선행 기술에 대한 참조는, 선행 기술이 전세계의 임의의 국가의 연구 분야에서 일반적인 지식의 일부를 형성한다는 임의의 제안 형태 또는 인정으로서 의도되어서는 안된다.Reference to any prior art herein should not be intended as any suggestion form or recognition that the prior art forms part of the general knowledge in the field of research in any country around the world.

본 명세서 및 하기 임의의 청구범위에 걸쳐서, 내용이 달리 요구하지 않는 경우, 단어 "포함하다", "포함하는" 등은 배타적 의미와 대치되는 포괄적인 의미로, 즉, "포함하나 이에 한정되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다.Throughout this specification and any claims below, the words "comprises", "comprising", and the like, unless otherwise required, are in a generic sense that is contrary to the exclusive meaning, ie "including but not limited to It should be interpreted as ".

Claims (24)

발효 브로스(broth)로부터 에탄올 및 2,3-부탄디올을 생성 및 회수하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
a) 하나 이상의 일산화탄소영양(carboxydotrophic) 미생물의 배양물(culture)을 함유하는 생물 반응기에서 CO를 포함하는 기체 기재를 발효하여 에탄올 및 2,3-부탄디올을 포함하는 발효 브로스를 생성하는 단계;
b) 상기 발효 브로스를 처리 영역으로 전달하는 단계로서, 바이오매스 및 용해성 단백질의 적어도 일 부분이 발효 브로스로부터 제거되어 처리된 브로스 스트림을 생성하는 것인 단계;
c) 상기 처리된 브로스 스트림의 적어도 일 부분을, 적어도 하나의 흡착제를 포함한 모사 이동층(simulated moving bed, SMB) 모듈에 전달하는 단계;
d) 에탄올 및 2,3-부탄디올 중 적어도 하나를 상기 흡착제 상에서 흡착하여, 상기 처리된 브로스 스트림의 비흡착된 성분들을 포함하는 라피네이트를 산출하는 단계; 및
e) 에탄올 및 2,3-부탄디올을 상기 흡착제로부터 적어도 하나의 탈착제를 이용하여 탈착하여 생성물 스트림을 산출하는 단계를 포함하는, 방법.
A method for producing and recovering ethanol and 2,3-butanediol from fermentation broth, the method comprising:
a) fermenting a gas base containing CO in a bioreactor containing a culture of one or more carboxydotrophic microorganisms to produce a fermentation broth comprising ethanol and 2,3-butanediol;
b) delivering the fermentation broth to a treatment region, wherein at least a portion of the biomass and soluble protein is removed from the fermentation broth to produce a treated broth stream;
c) delivering at least a portion of the treated broth stream to a simulated moving bed (SMB) module comprising at least one adsorbent;
d) adsorbing at least one of ethanol and 2,3-butanediol onto the adsorbent to yield a raffinate comprising non-adsorbed components of the treated broth stream; And
e) desorbing ethanol and 2,3-butanediol from the adsorbent using at least one desorbent to yield a product stream.
청구항 1에 있어서, 상기 처리 영역은 열(heat) 처리 영역을 포함하는, 방법.The method of claim 1, wherein the treatment region comprises a heat treatment region. 청구항 2에 있어서, 상기 처리 영역은 여과 영역을 추가로 포함하는, 방법.The method of claim 2, wherein the treatment region further comprises a filtration region. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착제는 불소화된 탄소, 활성 탄소, 및 변형된 C18 실리카 겔로 구성된 그룹에서 선택된, 방법.The method of claim 1, wherein the adsorbent is selected from the group consisting of fluorinated carbon, activated carbon, and modified C18 silica gel. 청구항 1에 있어서, 상기 탈착제는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 및 메틸 t-부틸 에테르로 구성된 그룹에서 선택된, 방법.The method of claim 1, wherein the desorbent is selected from the group consisting of ethanol, methanol, propanol, and methyl t-butyl ether. 청구항 1에 있어서, 상기 생성물 스트림은 5 용적% 미만의 농도로 물을 함유하는, 방법.The method of claim 1, wherein the product stream contains water at a concentration of less than 5% by volume. 청구항 1에 있어서, 상기 라피네이트는 5 용적% 미만의 농도로 에탄올을 함유하는, 방법.The method of claim 1, wherein the raffinate contains ethanol at a concentration of less than 5% by volume. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 무렐라(Moorella), 클로스트리디아(Clostridia), 루미노코쿠스(Ruminococcus), 아세토박테리움(Acetobacterium), 유박테리움(Eubacterium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 옥소박터(Oxobacter), 메타노사르키나(Methanosarcina), 데설포토마쿨룸(Desulfotomaculum), 및 그의 혼합물들로 구성된 속(genus)에서 선택된, 방법.The method according to claim 1, wherein the microorganism is Moorella ( Morella ), Clostridia , Ruminococcus , Acetobacterium , Eubacterium , Butyribacterium , A method selected from the genus consisting of Oxobacter , Methanosarcina , Desulfotomaculum, and mixtures thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 라피네이트 스트림의 적어도 일 부분이 다시 생물 반응기로 전달되는, 방법.The method of claim 1, wherein at least a portion of the raffinate stream is transferred back to the bioreactor. 청구항 9에 있어서, 상기 라피네이트 스트림이 생물 반응기로 전달되기 이전에 하나 이상의 영양소 및/또는 미량 원소가 상기 라피네이트 스트림에 추가되는, 방법.The method of claim 9, wherein one or more nutrients and / or trace elements are added to the raffinate stream prior to delivery to the bioreactor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9458450B2 (en) 2012-03-15 2016-10-04 Flodesign Sonics, Inc. Acoustophoretic separation technology using multi-dimensional standing waves
US9950282B2 (en) 2012-03-15 2018-04-24 Flodesign Sonics, Inc. Electronic configuration and control for acoustic standing wave generation
US10704021B2 (en) 2012-03-15 2020-07-07 Flodesign Sonics, Inc. Acoustic perfusion devices
WO2013177466A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Lanzatech New Zealand Limited A fermentation and simulated moving bed process
WO2015017857A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 The Board Of Regents For Oklahoma State University Method improving producer gas fermentation
EP3089800A4 (en) * 2013-12-30 2018-09-12 GE Healthcare Bio-Sciences Corp. Apparatus for cell cultivation
US11377651B2 (en) 2016-10-19 2022-07-05 Flodesign Sonics, Inc. Cell therapy processes utilizing acoustophoresis
US11021699B2 (en) 2015-04-29 2021-06-01 FioDesign Sonics, Inc. Separation using angled acoustic waves
US10856560B2 (en) * 2015-05-21 2020-12-08 Lanzatech New Zealand Limited Gas fermentation for the production of protein or feed
EP3332016A1 (en) * 2015-08-07 2018-06-13 Rhodia Operations Improved production of vanillin by fermentation
EP3647428A4 (en) * 2017-06-30 2020-07-29 Toray Industries, Inc. Production method and production device for chemical product by continuous fermentation
SG11202000798PA (en) * 2017-07-31 2020-02-27 Synata Bio Inc System and method for concentrating suspended solids prior to removal
BR112020009889A2 (en) 2017-12-14 2020-11-03 Flodesign Sonics, Inc. acoustic transducer driver and controller
JP7149864B2 (en) * 2019-01-28 2022-10-07 積水化学工業株式会社 Method for reusing zeolite adsorbent and regenerated adsorbent
WO2020158747A1 (en) * 2019-01-28 2020-08-06 積水化学工業株式会社 Ethanol
KR20210100749A (en) 2019-02-08 2021-08-17 란자테크, 인크. Methods for Recovery of Similar Boiling Point Products
US20210115389A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-22 Lanzatech, Inc. Separation of acetate from fermentation broth
US11731926B2 (en) 2020-03-11 2023-08-22 Lanzatech, Inc. Process for purification of products
MY193502A (en) * 2020-03-11 2022-10-17 Lanzatech Inc Process for purification of products
CN117500777A (en) * 2021-06-16 2024-02-02 Gs加德士公司 Method for obtaining target compound from fermentation liquor
US20230113411A1 (en) * 2021-10-13 2023-04-13 Lanzatech, Inc. Flexible product separation and recovery

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001073097A2 (en) * 2000-03-29 2001-10-04 Archer-Daniels-Midland Company Method of recovering 1,3-propanediol from fermentation broth

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3268605A (en) 1961-11-06 1966-08-23 Universal Oil Prod Co Supervisory control system for a simulated moving bed separation process
US3706812A (en) 1970-12-07 1972-12-19 Universal Oil Prod Co Fluid-solid contacting apparatus
US4319058A (en) * 1980-10-10 1982-03-09 Uop Inc. Process for the separation of ethanol from water
US4333740A (en) * 1980-12-23 1982-06-08 Uop Inc. Process for the separation of water from ethanol
US4533211A (en) 1983-01-31 1985-08-06 International Business Machines Corporation Frequency multiplexed optical spatial filter based upon photochemical hole burning
US5173429A (en) 1990-11-09 1992-12-22 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Clostridiumm ljungdahlii, an anaerobic ethanol and acetate producing microorganism
US6136577A (en) 1992-10-30 2000-10-24 Bioengineering Resources, Inc. Biological production of ethanol from waste gases with Clostridium ljungdahlii
US5593886A (en) 1992-10-30 1997-01-14 Gaddy; James L. Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases
US5821111A (en) 1994-03-31 1998-10-13 Bioengineering Resources, Inc. Bioconversion of waste biomass to useful products
US5807722A (en) 1992-10-30 1998-09-15 Bioengineering Resources, Inc. Biological production of acetic acid from waste gases with Clostridium ljungdahlii
US5635072A (en) 1995-01-31 1997-06-03 Uop Simulated moving bed adsorptive separation process
JPH09173792A (en) * 1995-10-23 1997-07-08 Ajinomoto Co Inc Treatment of fermented liquid
EP0770676A3 (en) * 1995-10-23 1999-05-19 Ajinomoto Co., Ltd. Method for treating fermentation broth
JP4101295B2 (en) 1996-07-01 2008-06-18 バイオエンジニアリング・リソーシズ・インコーポレーテツド Biological production of acetic acid from waste gas
US6004518A (en) 1997-12-12 1999-12-21 Uop Llc High-purity simulated moving bed adsorptive separation apparatus
UA72220C2 (en) 1998-09-08 2005-02-15 Байоенджініерінг Рісорсиз, Інк. Water-immiscible mixture solvent/cosolvent for extracting acetic acid, a method for producing acetic acid (variants), a method for anaerobic microbial fermentation for obtaining acetic acid (variants), modified solvent and a method for obtaining thereof
NZ515009A (en) 1999-05-07 2003-04-29 Emmaus Foundation Inc Clostridium strains which produce ethanol from substrate-containing gases
PT1303629E (en) 2000-07-25 2006-10-31 Emmaus Foundation Inc METHODS FOR INCREASING ETHANOL PRODUCTION FROM MICROBIAL FERMANTACAO
ATE295843T1 (en) * 2000-12-22 2005-06-15 Eastman Chem Co CONTINUOUS PROCESS FOR PRODUCING L-ASCORBIC ACID
FI20010977A (en) * 2001-05-09 2002-11-10 Danisco Sweeteners Oy Chromatographic separation method
US6476239B1 (en) * 2002-02-12 2002-11-05 Eastman Chemical Company Process for the preparation of ascorbic acid
US6872314B2 (en) * 2003-08-29 2005-03-29 Eastman Chemical Company Dewatering process
US6979402B1 (en) 2003-12-19 2005-12-27 Uop Llc Miniature actual moving bed assembly
KR100589122B1 (en) * 2004-04-06 2006-06-12 삼성토탈 주식회사 Simulated Moving Bed Adsorptive Separation Process For Preventing Pressure Drop And System Thereof
GB2416776A (en) * 2004-07-28 2006-02-08 British Sugar Plc Enhancement of the fermentability of carbohydrate substrates by chromatographic purification
ITMI20042098A1 (en) * 2004-11-03 2005-02-03 Antibioticos Spa PROCESS FOR TACROLIMUS PURIFICATION
US20060251762A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 Robert Jansen Grain wet milling process for producing ethanol
NZ546496A (en) 2006-04-07 2008-09-26 Lanzatech New Zealand Ltd Gas treatment process
US7704723B2 (en) 2006-08-31 2010-04-27 The Board Of Regents For Oklahoma State University Isolation and characterization of novel clostridial species
NZ553984A (en) * 2007-03-19 2009-07-31 Lanzatech New Zealand Ltd Alcohol production process
CN102016052B (en) 2007-08-15 2015-04-29 朗泽科技新西兰有限公司 Processes of producing alcohols
NZ560757A (en) 2007-10-28 2010-07-30 Lanzatech New Zealand Ltd Improved carbon capture in microbial fermentation of industrial gases to ethanol
WO2009064201A2 (en) 2007-11-13 2009-05-22 Lanzatech New Zealand Limited Use of carriers in microbial fermentation
US8222013B2 (en) 2007-11-13 2012-07-17 Lanzatech New Zealand Limited Bacteria and methods of use thereof
AU2009224112B9 (en) * 2008-03-12 2013-01-31 Lanzatech Nz, Inc. Microbial alcohol production process
US20110144393A1 (en) 2008-06-09 2011-06-16 Lanza Tech New Zealand Limited Production of butanediol by anaerobic microbial fermentation
CN102361989B (en) 2009-01-29 2014-03-12 兰扎泰克新西兰有限公司 Alcohol production process
JP2011139701A (en) * 2009-12-29 2011-07-21 Rohm & Haas Europe Services Aps Process for separation of organic acid and amino acid from fermentation broth
US8143037B2 (en) 2010-03-19 2012-03-27 Coskata, Inc. Ethanologenic Clostridium species, Clostridium coskatii
WO2012024522A2 (en) 2010-08-19 2012-02-23 Lanzatech New Zealand Limited A process for producing chemicals using microbial fermentation of substrates comprising carbon monoxide
TWI537389B (en) 2011-03-31 2016-06-11 藍瑟科技紐西蘭有限公司 A fermentation process for controlling butanediol production
US8658845B2 (en) * 2012-05-23 2014-02-25 Orochem Technologies, Inc. Process and adsorbent for separating ethanol and associated oxygenates from a biofermentation system
WO2013177466A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Lanzatech New Zealand Limited A fermentation and simulated moving bed process

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001073097A2 (en) * 2000-03-29 2001-10-04 Archer-Daniels-Midland Company Method of recovering 1,3-propanediol from fermentation broth

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AU2013266194A1 (en) 2014-02-13
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AU2013266194B2 (en) 2015-03-19

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